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Manuale di volo libero (2001) - 1

DUE PAROLE SUL MANUALE

• Due parole sul manuale

• L'organizzazione

• Elementi legislativi

PREMESSA

• Appunti di aerodinamica

• Cenni di meteorologia

Ne è passata di acqua sotto ai ponti da quando, ormai 15 anni fa,

• Il volo col deltaplano

abbiamo deciso di dare una forma più organica al mare di fotocopie

• Il volo col parapendio

utilizzate per illustrare gli aspetti teorici del corso di pilotaggio presso

la nostra scuola.

• Paracadute e strumenti

Questo manuale si è andato via via perfezionando, grazie soprattutto

• L'arte del veleggiare

ai costanti stimoli forniti dalle scuole che lo hanno adottato, e giunge

• Cenni di fisiologia

ora alla sua edizione Internet.

Come i più 'anziani' ricorderanno, la prima edizione era dedicata

• Correzioni e suggerimenti

esclusivamente al deltaplano, la seconda ha salutato ed accolto

l'"esplosione" del parapendio, dividendo gli argomenti in sezioni

• Volate a volandia

separate e dedicando due capitoli specifici ai due modi di "volare

liberi".

La terza edizione è stata notevolmente ampliata soprattutto per

l'ulteriore evoluzione che l'ala più leggera del mondo (il parapendio,

appunto) ha presentato agli occhi sempre più stupiti dei "vecchi" piloti

ed a quelli sempre più numerosi degli entusiasti neofiti.

Vogliamo, anche in questa occasione, rinnovare la speranza che la

nostra fatica possa rendere più semplice ed interessante

l'apprendimento di quella parte che, pur indispensabile, viene spesso

trattata come la cenerentola dei corsi di volo: la teoria.

RINGRAZIAMENTI

Molti devono essere ringraziati, avendo, a volte senza saperlo,

contribuito alla stesura di questo manuale nelle sue diverse edizioni.

In ordine 'storico' rocordiamo:

Italo Tarasconi, Pietro Bacchi e Sergio Calabresi, che hanno

fornito benevoli ed utili ragguagli sugli argomenti più disparati.

Graziano Maffi, che ha rivisto in modo critico alcuni punti cruciali

della seconda e terza edizione degli attuali aggiornamenti.

Piero Alberini, "grande vecchio" del Volo Libero Italiano, alla cui

esperienza abbiamo spesso lasciato l'ultima parola per quanto

riguarda gli aspetti pratici che possono migliorare l'efficienza delle

giornate di campetto.

Angelo Crapanzano, cui abbiamo "rubato" i preziosi suggerimenti

sull'impiego del paracadute d'emergenza per il Volo Libero e che

continua a studiare ed a migliorare i suoi "salvavita".

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Capitolo 2 - ELEMENTI LEGISLATIVI E DI CIRCOLAZIONE AEREA

• Due parole sul

manuale

LA LEGGE

• L'organizzazione

• Elementi legislativi

La prima 'normativa' ufficiale inerente il Volo Libero è la Circolare Ministeriale del Gennaio

• La legge

1983, che ha riconosciuto l'esistenza del Volo da Diporto o Sportivo (così viene chiamato

ufficialmente il Volo Libero).

• Circuiti di

avvicinamento

Tale Circolare, alla quale il Ministero degli Interni ha dato parere favorevole, è stata seguita

dalla Legge n° 106 del 25 Marzo 1985, e dal Decreto Ministeriale del 27 Settembre 1985. Il

• I "Coni" di efficienza

Regolamento di attuazione è stato approntato e reso operante dal Decreto n° 404 del 5 Agosto

• Appunti di

1988.

aerodinamica

Alcune importanti (e necessarie) precisazioni sono poi state emanate con il Decreto

• Cenni di meteorologia

Ministeriale del 19 Novembre 1991 e dal DPR n° 207 del 28 Aprile 1993.

Nell'appendice sono integralmente riportate le normative fondamentali nonchè un estratto

• Il volo col deltaplano

(rilevante per allievi e piloti) dei due decreti più recenti; sottolineiamo come sia importante

• Il volo col parapendio

conoscerli alla perfezione ed attenervisi scrupolosamente.

• Paracadute e strumenti

• L'arte del veleggiare

REQUISITI

• Cenni di fisiologia

• Correzioni e

Si può volare! Posto che:

suggerimenti

● il pilota abbia conseguito un regolare brevetto, rilasciato dall'AeCI.

• Volate a volandia

● il mezzo sia identificato

● il pilota abbia un casco idoneo

● i proprietari dei terreni di decollo ed atterraggio siano d'accordo

● si resti nei limiti di quota stabiliti

● si eviti di sorvolare i centri abitati

● si evitino le zone R, D e P

● si rispettino le distanze dagli spazi aerei controllati

● si effettui soltanto il volo a vista

● si rispettino le precedenze

Quando questi requisiti sono rispettati il diritto al volo viene difeso dai Giudici anche nei

confronti di ordinanze locali (sempre che non esistano valide ragioni di ordine pubblico), come

è già accaduto in passato.

IL BREVETTO

Il brevetto viene rilasciato dall'AeCI dopo apposito esame, al termine di un corso effettuato

presso una scuola riconosciuta (non vengono, cioè, accettati gli autodidatti). Per accedere al

corso bisogna avere più di 18 anni (più di 16 se esiste il consenso -scritto- dei genitori),

possedere il nulla osta del questore e l'attestato di idoneità psicofisica ottenibile presso un

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Figura 2.1. Spazi aerei controllati: le AWY confluiscono in un ampio cilindro, sollevato di 700-1000 metri rispetto al suolo,

detto TMA. L'aeroporto è "circondato" da due cilindri: uno più piccolo, l'ATZ, ed uno più grande, il CTR.

VOLO A VISTA (VFR)

Il vololiberista deve obbligatoriamente limitarsi al volo a vista vale a dire fuori dalle nubi

ed in costante contatto visivo con il terreno o con l'acqua. Per la stessa ragione non si può

volare di notte ma solo nel periodo di tempo compreso tra 30 minuti prima del sorgere del sole

e 30 minuti dopo il tramonto (gli orari esatti possono essere ricavati, giorno per giorno, dalle

'Effemeridi', un libro che riporta i movimenti di tutti i corpi celesti rilevanti e quindi anche del

sole); questo periodo coincide con quello durante il quale è consentito girare in auto senza le

luci accese.

Come accenneremo nella sezione di psicofisiologia il volo a vista con Deltaplano e Parapendio

è reso necessario non solo dalla legge ma anche dai limiti che ci sono imposti da madre natura.

PRECEDENZE

La perfetta conoscenza delle regole di precedenza è un requisito fondamentale per la propria

sicurezza e, soprattutto, per quella degli altri: diciamo soprattutto perchè pagare per un proprio

errore è diverso (e forse più accettabile) che pagare per l'errore di un altro.

Esistono regole di precedenza fissate dal DPR 404 ed altre, ugualmente utili e da considerare

ugualmente "obbligatorie", in uso presso tutte le zone di volo in Italia ed all'estero.

Per consentire una distinzione riporteremo quelle di legge in corsivo.

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devono, in ogni caso, dare la precedenza ad aerei, alianti, elicotteri, mongolfiere (aeromobili a

pieno titolo)

Secondo: cosa significhi 'stessa specie' è difficile dire (se un ULM pendolare sembra

appartenere alla stessa specie dei deltaplani, un tre assi a che specie appartiene? Deve dare la

precedenza ad un parapendio?).

Escludendo gli aeromobili, dunque, diremo, più semplicemente, che i mezzi motorizzati danno

la precedenza agli altri.

Figura 2-2. Le precedenze in volo: vale la regola generale della precedenza a destra (come in auto), con la necessaria

eccezione del volo lungo un costone. In termica, inoltre, si deve girare nello stesso senso di chi già è all'interno, ed "allargare"

la traiettoria se qualcuno sale più velocemente di noi.

AVVICINAMENTO ED ATTERRAGGIO

Deltaplano e parapendio hanno notevoli differenze di efficenza, e quindi di traiettoria: una

regola generale vuole che la precedenza spetti al mezzo meno efficiente (che, a parità di quota,

ha minori possibilità di manovra); quindi, in linea di massima il parapendio accelererà la sua

discesa, mentre il deltaplano la rallenterà. La stessa considerazione vale anche tra deltaplani o

tra parapendii con diverse prestazioni.

Esiste un'unica eccezione, rappresentata dagli apparecchi per volo doppio (che stiano

portando effettivamente due persone): il volo in biposto è impegnativo ed il pilota ha una

doppia responsabilità gli spetta quindi una particolare attenzione e la precedenza assoluta

sempre e comunque (il pilota di biposto imposterà dunque l'atterraggio ignorandovi, sapendo

che sarete voi a mutare rotta, ricordatelo!)

REQUISITI PER UNA COLLISIONE

A conclusione di questa delicata sezione ricordiamo sempre che per realizzare una collisione in

volo servono DUE stupidi (uno stupido solo infatti non basta se non ne trova almeno un altro

disposto a collaborare). Infatti, oltre a colui che non rispetta le precedenze è necessario che sia

in volo qualcuno che non si accorge che gli stanno andando addosso, a torto o a ragione. Il

momento di maggior rischio coincide con i primi voli nei quali si riesce a 'star su': l'entusiasmo

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Capitolo 2 - ELEMENTI LEGISLATIVI E DI CIRCOLAZIONE AEREA

• Due parole sul

manuale

CIRCUITI DI AVVICINAMENTO

• L'organizzazione

• Elementi legislativi

Quando, al termine di un volo, viene raggiunta la quota prestabilita per raggiungere il campo di

• La legge

atterraggio iniziano le manovre di 'avvicinamento', che sono particolarmente delicate per tutto

ciò che vola senza motore: è infatti evidente che non possiamo eseguire tardive correzioni

• Circuiti di

avvicinamento

utilizzando spinte supplementari (come invece possono fare aerei ed ULM, dando nuovamente

motore). Come non bastasse, tale notevole precisione ci viene richiesta in una zona di volo che

• I "Coni" di efficienza

può essere affollata (più apparecchi in atterraggio). Per queste ragioni l'avvicinamento è un

• Appunti di

momento molto delicato, che deve essere affrontato con il massimo impegno e diligenza, dal

aerodinamica

momento che coinvolge, non soltanto la nostra sicurezza, ma anche quella di altri piloti (per

• Cenni di meteorologia

non parlare di eventuali spettatori).

• Il volo col deltaplano

• Il volo col parapendio

CIRCUITI E PREVEDIBILITÀ

• Paracadute e strumenti

• L'arte del veleggiare

La tendenza ad 'improvvisare' in fase di avvicinamento ed atterraggio è assolutamente deleteria,

• Cenni di fisiologia

non soltanto per noi vololiberisti, ma per tutti i mezzi volanti: nel caso giungano in atterraggio

due o più apparecchi, il secondo deve poter prevedere le manovre compiute da chi lo precede.

• Correzioni e

Non è ammissibile che quest'ultimo cambi improvvisamente rotta od effettui strane evoluzioni

suggerimenti

che costringano tutti gli altri piloti ad altrettanto improvvisati cambiamenti. Per risolvere questi

• Volate a volandia

problemi sono stati creati i cosiddetti 'circuiti' di avvicinamento: veri e propri percorsi

predefiniti (sia come rotta che come quota) che è necessario seguire; il vantaggio dei circuiti è

duplice: evitano le improvvisazioni e 'conducono' esattamente in centro pista, facilitando anche

il singolo pilota.

Esistono due diverse procedure di avvicinamento che è necessario conoscere, valutandone

anche i pregi ed i difetti. Ogni zona di atterraggio ha un suo 'circuito' ed anche per questo è

indispensabile effettuare un sopralluogo conoscitivo tutte le volte che si vola in un posto

nuovo.

CIRCUITO CONVENZIONALE O A 'C'

Detto anche da alcuni ad 'U', si articola in 4 fasi:

1. Smaltimento della quota residua: si effettua con ampie virate nella zona prescelta

evitando di sorvolare il campo di atterraggio. Giunti ad un preciso riferimento di

quota, ricercato e stabilito precedentemente, si inizia la seconda fase.

Traiettoria di sottovento: in questa fase avremo il vento che ci sospinge e dovremo

2.

pertanto evitare di rallentare confondendo erroneamente la nostra velocità di volo con

quella riferita al suolo (che ci apparirà notevole). La traiettoria di sottovento potrà

essere lievemente modificata a seconda che ci si trovi troppo lunghi (con troppa quota)

oppure troppo corti (troppo bassi). Ricordiamo che dovremo disporre della quota

necessaria per compiere almeno altre due virate da 90 gradi. La traiettoria di sottovento

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termina con una virata di 90 gradi che ci porta sulla linea di base.

3. Linea di base: in questa fase avremo il vento di fianco e di ciò si terrà conto per

mantenere la direzione voluta. Sempre controllando che la velocità non si riduca troppo,

impostiamo l'ultima virata di 90 gradi per allinearci in finale.

4. Linea di finale: stiamo avanzando verso il centro del campo di atterraggio; è giunto il

momento prepararsi allo stallo finale.

Pregi

Traffico: l'avvicinamento convenzionale è quello utilizzato anche in aeronautica generale

poichè risolve, nel migliore dei modi, il problema del traffico. Almeno in teoria, infatti,

numerosi apparecchi possono susseguirsi in atterraggio senza che le loro traiettorie vengano ad

incrociarsi. Non ci stupiremo quindi, di vedere adottare questo tipo di avvicinamento

soprattutto in zone ad alto traffico.

Ostacoli a inizio campo: un secondo motivo che può far preferire questo avvicinamento è la

presenza di ostacoli sottovento al campo di atterraggio. L'avvicinamento a C evita la necessità

di sorvolarli, consentendo un ingresso in finale a quote inferiori.

Difetti

Vento sostenuto: durante la seconda fase (traiettoria di sottovento), il pilota viaggia in favore

di vento. Se il vento è sostenuto diviene difficile calcolare esattamente il momento per

compiere la prima virata di 90 gradi, e la virata stessa risulta estremamente 'dilatata' rispetto al

suolo. Il vento 'in poppa', inoltre, può ingannarci sulla reale velocità di volo, inducendoci ad un

eccessivo rallentamento.

Figura 2-3. Circuito a "C": lo smaltimento di quota avviene sopravvento alla pista, senza sorvolarla; il circuito consente di

"allungare" od "accorciare" il tratto di sottovento per correggere eventuali errori nella valutazione della quota.

CIRCUITO AD 8

Si articola in due sole fasi:

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Virate a 180 gradi: lo smaltimento di quota avviene effettuando una serie di virate a

1.

180 gradi. Le virate, compiute sempre controvento, devono mantenerci in volo lungo la

linea di base del campo di atterraggio. Dal momento che è frequentissimo l'errore di

avanzare (sia pur di poco) ad ogni virata, con la conseguenza di 'mangiarsi' tutto il

campo di atterraggio giungendo 'lunghi', diventa indispensabile fissare due precisi

riferimenti al suolo: le virate verranno compiute sempre sulla verticale di tali

riferimenti.

2. Allineamento finale: quando abbiamo raggiunta la quota desiderata (anch'essa

individuata in precedenza) compiamo un'ultima virata di 90 gradi per allinearci al

centro del campo di atterraggio e ci prepariamo allo stallo finale.

Pregi

Vento: l'avvicinamento ad 8 è decisamente preferibile in presenza di vento da moderato a teso,

dal momento che ci evita di percorrere tratti in favore di vento. Se c'è vento, tuttavia, diviene

più difficile mantenersi sulla linea di base senza lasciarsi scarrocciare all'indietro; in questi casi

è fondamentale mantenere sempre il naso controvento: per eseguire i 180 gradi (sul terreno)

sarà infatti sufficiente compiere virate (rispetto all'aria) di entità molto modesta.

Semplicità: la possibilità di avere sempre davanti a sè il campo di atterraggio (durante tutte le

fasi dell'avvicinamento) rende più semplice la scelta del momento giusto per l'allineamento

finale. Questo 'vantaggio' è però molto modesto, poichè un minimo di abitudine

all'avvicinamento a C, consente di ottenere una notevole precisione anche con quella modalità.

Difetti

Traffico: le traiettorie di più apparecchi in avvicinamento (specie se dotati di efficenze molto

diverse come deltaplani e parapendii) tendono ad incrociarsi più volte, e questo costituisce il

principale limite dell'avvicinamento ad 8.

Ostacoli ad inizio campo: la presenza di alti ostacoli sottovento al campo di atterraggio rende

semplicemente impraticabile questo tipo di avvicinamento.

Figura 2-4. Circuito ad 8: i riferimenti al suolo verranno presi considerando l'efficienza del mezzo (deltaplani più arretrati,

parapendio più vicini all'inizio della pista) e l'intensità del vento (tanto più avanzati quanto maggiore è il vento); la assenza

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Capitolo 2 - ELEMENTI LEGISLATIVI E DI CIRCOLAZIONE AEREA

• Due parole sul

manuale

I 'CONI' DI EFFICIENZA

• L'organizzazione

• Elementi legislativi

Anche se fornire dettagliati elementi di navigazione esula dagli scopi di questo manuale, rivolto

• La legge

agli allievi (esistono ottimi testi per chi vuole pianificare precisamente i propri voli di

distanza), il concetto di 'cono di efficienza' è utile ed interessante.

• Circuiti di

avvicinamento

Se è vero che un parapendio atterra praticamente ovunque vi sia una piccola zona priva di

• I "Coni" di efficienza

ostacoli, già un deltaplano ha maggiori esigenze di spazio. Con entrambi i mezzi, poi, ci si può

• Appunti di

trovare in notevoli difficoltà sorvolando boschi o terreni molto impervi. Per tale motivo una

aerodinamica

regola d'oro recita: 'prima di abbandonare un possibile atterraggio accertarsi di poterne

• Cenni di meteorologia

raggiungere con certezza un altro'.

• Il volo col deltaplano

Questo può essere fatto utilizzando i citati 'coni di efficenza': se la nostra vela ha un'efficienza

• Il volo col parapendio

di 6:1 possiamo immaginare un enorme 'cono' rovesciato il cui vertice sia nel centro del

• Paracadute e strumenti

possibile atterraggio. L'inclinazione delle pareti del cono sarà proprio di 6:1 (per ogni metro di

altezza il cono si 'allarga' di 6 metri). Due possibili atterraggi individueranno due coni, tre

• L'arte del veleggiare

possibili atterraggi tre coni e così via. Ne risulta un'immagine come quella riportata in figura

• Cenni di fisiologia

2-5.

• Correzioni e

suggerimenti

Gli spostamenti dovrebbero essere fatti restando sempre all'interno di almeno un cono: questo

significa, in pratica, che uno spostamento 'sicuro' ad una certa quota (al di sopra della linea di

• Volate a volandia

intersezione tra due coni) non lo è più se effettuato ad una quota più bassa.

Deve naturalmente essere tenuto presente l'effetto di un eventuale vento, che inclina tutti i coni

in modo proporzionale alla propria velocità, ma nella direzione contraria (quasi li

richiamasse a sè).

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Figura 2-5. Coni di efficienza per valutare a quale quota è possibile decidere di cambiare campo di atterraggio; notare in quale

modo la forma dei coni viene influenzata dalla presenza del vento.

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Capitolo 3 - APPUNTI DI AERODINAMICA

• Due parole sul manuale

• L'organizzazione

L'aerodinamica, come suggerisce il suo nome, studia e descrive il moto dell'aria e le forze

che questa esercita sui corpi che ne sono investiti: è dunque la disciplina che spiega il

• Elementi legislativi

comportamento di un'ala in volo (a dire il vero questa materia spiega anche il comportamento

• Appunti di

di qualsiasi altro oggetto che viaggi nell'aria).

aerodinamica

Bisogna però chiarire subito che l'aerodinamica, così come è esposta in questo capitolo, è

• Considerazioni generali

riferita ad un profilo alare ideale: non ci stupiremo, quindi, nel notare che alcune situazioni

• L'ala teorica

sono difficilmente 'trasportabili' alla realtà del volo libero (che, aerodinamicamente parlando,

sfrutta ali nient'affatto ideali): deltaplano e parapendio, infatti, hanno profili alari flessibili e

• L'angolo di incidenza

deformabili, ed il pilota (che costituisce la maggior parte del peso della 'macchina volante') è

• La forza aerodinamica

esterno al profilo alare stesso (nel caso del parapendio esso è molto distante dall'ala). In altre

• Le formule e i

parole, il Volo Libero presenta alcune importanti eccezioni rispetto alle regole generali

diagrammi

dell'aerodinamica ma, proprio per comprendere bene tali eccezioni, bisogna aver capito con

• Stallo

esattezza la regola.

• Carico alare

Una seconda considerazione, doverosa, è che ci occuperemo soltanto della aerodinamica che

• La virata coordinata

gli esperti chiamano di bassa (velocità), dal momento che le nostre possibilità di giungere a

• Effetto suolo

velocità vicine o superiori a quelle del suono (quando accadono fenomeni aerodinamici

• L'allungamento

diversi da quelli che studiamo noi) sono assolutamente nulle.

La terza ed ultima considerazione è che ci limiteremo alla aerodinamica del volo veleggiato

• Cenni di meteorologia

e non di quella con trazione artificiale (motore).

• Il volo col deltaplano

Riepilogando, quindi, ci apprestiamo a conoscere le regole generali dell'aerodinamica del

• Il volo col parapendio

volo veleggiato (che è aerodinamica 'di bassa'), consci del fatto che, in alcuni casi, tali regole

non si applicano direttamente alle ali leggere. Nell'ambito dei rispettivi capitoli cercheremo

• Paracadute e strumenti

di capire in maggior dettaglio l'aerodinamica del deltaplano e del parapendio e le ragioni di

• L'arte del veleggiare

alcuni comportamenti particolari di queste 'macchine volanti'.

• Cenni di fisiologia

• Correzioni e suggerimenti

CONCETTI DI FISICA

• Volate a volandia

UTILIZZATI NEL CAPITOLO

Accenneremo ora ad alcuni concetti fondamentali di fisica che utilizzeremo in questo

capitolo ed in quello di meteorologia: dobbiamo quindi conoscerli, almeno a grandi linee,

poichè costituiscono i 'vocaboli' della lingua che ci apprestiamo a studiare.

FORZA

Se un oggetto inanimato giace, per i fatti suoi, in una condizione di equilibrio e non

interviene nulla, esso resta come è, e non si sogna di spostarsi. Perchè il suo stato cambi deve

intervenire qualcosa: questo qualcosa è, necessariamente, una forza. Si pensi ad una pallina

da golf, placidamente adagiata sull'erba: quando le viene applicata, con un apposito bastone,

la forza sufficiente, essa schizza via, spostandosi anche di qualche centinaio di metri (a

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seconda dell'intensità del colpo)

nella direzione della forza stessa.

La forza, in fisica, può dunque

essere definita come la causa

capace di modificare lo stato di

quiete o di moto di un corpo.

Come intuitivamente sappiamo,

una forza è caratterizzata da un

punto di applicazione

(nell'esempio la pallina da golf), da

una intensità (da debole a forte),

da una direzione (ad esempio asse

Nord-Sud) e da un verso (verso

Nord oppure verso Sud).

Una forza è dunque

Figura 3-1. Le due forze A e B hanno diversa intensità (A>B), uguale

direzione ma senso opposto.

completamente definita da questi

quattro parametri.

Quando vengono disegnate, le forze sono rappresentate da frecce: il punto di applicazione

coincide con l'origine della freccia, l'intensità è proporzionale alla lunghezza della freccia

medesima, la direzione è data dall'asse della freccia ed il verso è indicato dalla 'punta' (per

intendersi si possono avere forze opposte che hanno la stessa direzione ma verso opposto).

Le grandi forze che incontreremo e studieremo sono la pressione (che, ad essere precisi, è

una forza su una superficie), il peso (forza di gravità), la forza aerodinamica e le sue 'ancelle'

portanza e resistenza, la spinta (come quella generata da un motore), la forza centrifuga e

quella centripeta.

Anche se non conosciamo ancora l'esatto significato di questi termini, già sappiamo che si

tratta sempre di forze, cioè di entità in grado di influenzare il movimento (o il riposo) degli

oggetti che le subiscono.

COMPOSIZIONE E SCOMPOSIZIONE

DELLE FORZE

Dobbiamo tenere a mente che è sempre possibile scomporre una forza in due o più forze ad

essa equivalenti (dette componenti), così come è possibile, al contrario, comporre forze

differenti (purchè applicate ad uno stesso corpo) in un unica forza (detta risultante).

Per fare ciò si usa la tecnica del parallelogramma (che è poi una figura geometrica con i lati,

a due a due, paralleli fra loro); valgano due esempi pratici.

COMPOSIZIONE

Si immagini una barca su di un fiume trainata da due cavalli che camminano sulle rive

opposte (Fig. 3-2). I cavalli esercitano due forze distinte A e B, applicate allo stesso punto (la

prua della barca) ma aventi direzioni e verso differenti.

La barca si muoverà secondo una terza direzione C: se le frecce che indicano le forze A e B

sono ben disegnate (tendendo conto della esatta intensità) è allora molto semplice ottenere

direzione, verso ed intensità della forza risultante. Per farlo basta tracciare, partendo dalla

punta di A, una linea parallela a B; allo stesso modo, poi, si traccia, partendo dalla punta di

B, una linea parallela ad A: ecco tracciato il nostro parallelogramma. Unendo il punto di

applicazione (che nel nostro esempio non cambia) con il punto di incontro tra le linee

tracciate, otteniamo proprio la risultante; il disegno ci dice direzione, verso ed intensità del

movimento della nave (o se preferite, delle due forze A e B applicate contemporaneamente).

Un secondo modo di esprimere la stessa cosa è il seguente: quando due forze vengono

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applicate allo stesso punto, questo subisce, in pratica, una sola forza che è la risultante delle

prime due (ed eventualmente si sposta di conseguenza).

SCOMPOSIZIONE

Al contrario una singola forza A può venire scomposta in due forze C e D, che sono applicate

nello stesso punto ma che mostrano direzione, verso, ed intensità differenti.

Attenzione però, mentre esiste un solo modo per comporre due forze, trovandone la

risultante, esistono infiniti (letteralmente) modi di scomporre una forza in due

componenti (Fig. 3-2). Questo significa che, quando si deve scomporre una forza, si può

'scegliere' secondo quali assi scomporla: come vedremo, nell'aerodinamica del volo planato, i

due assi prescelti sono rappresentati dalla direzione del vento relativo e dall'asse a questo

perpendicolare.

Figura 3-2. Due forze che agiscono nello stesso punto possono venire composte in una sola forza a loro equivalente. Al

contrario ogni forza può essere scomposta in altre due con direzioni scelte arbitrariamente.

CAMPO

Nella realtà l'aria non è mai ferma, la sua pressione non è mai costante e la temperatura varia

in continuazione; tuttavia, se vogliamo capire qualcosa degli effetti che l'aria esercita su un

oggetto dobbiamo isolare questi effetti da altri dovuti, poniamo, al sole, al vento o ai moti

turbolenti.

Per fare ciò si immagina di poter disporre di una 'zona di spazio' dove non accade nulla di

imprevisto e dove agiscono soltanto le forze che desideriamo studiare: questo spazio "irreale"

(a volte faticosamente riprodotto in laboratorio) viene chiamato campo. Il campo dunque è

un'entità teorica utile per lo studio degli effetti delle forze su corpi isolati.

PRESSIONE

La pressione è la forza esercitata su una superficie, con direzione perpendicolare a questa.

Una particolare pressione che riveste notevole importanza in aerodinamica (e come vedremo

anche in meteorologia) è la pressione esercitata, su tutte le superfici, dall'aria che circonda la

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superficie terrestre, cioè la pressione atmosferica, e noi la utilizzeremo come esempio per

comprendere alcuni aspetti generali della pressione stessa.

La pressione atmosferica è relativamente costante (pur oscillando intorno a valori medi) e noi

non ci accorgiamo nemmeno che esiste, fino a quando essa varia bruscamente (ad esempio

cambiando rapidamente quota) e si fa sentire.

Anche se la pressione atmosferica è, in un certo senso, 'arbitraria' (se vivessimo in

un'atmosfera di elio essa sarebbe ben inferiore), il suo valore medio, presente sulla terra al

livello del mare (circa 760 mmHg per ogni centimetro quadrato), viene fatto pari ad 1 ATM

(atmosfera, appunto). Gonfiare un pneumatico a 2,5 ATM significa quindi immettere una

pressione pari a due volte e mezzo quella terrestre. Anche se non esistono (nè possono

esistere) pressioni negative, l'abitudine di vivere immersi in 1 ATM ci ha influenzato e

parliamo dunque di sovrappressioni per pressioni superiori a 1 ATM e di depressioni (o,

impropriamente di pressioni negative) per pressioni inferiori a 1 ATM.

La figura 3-3 porta tre esempi del modo in cui due comparti con pressioni diverse

influenzano il movimento di un separatore mobile posto tra loro.

Anche se 'sembra' che in un caso lo stantuffo sia stato 'spinto' dalla sovrappressione mentre

nell'altro esso sia stato 'risucchiato' dalla depressione, in entrambi i casi il 'lavoro' è stato

compiuto dalla differenza di pressione tra i due comparti.

Figura 3-3. Ciò che determina lo spostamento del separatore mobile è la differenza di pressione tra A e B: ciò può essere

ottenuto sia determinando una sovrapressione in A sia riducendo la pressione in B.

PRESSIONE STATICA E PRESSIONE

DINAMICA

La pressione che l'aria esercita sulle pareti interne di un pneumatico è una pressione statica.

In altri termini è una pressione che l'aria esercita senza muoversi. Quando invece l'aria viene

posta in movimento, si genera la pressione dinamica (o cinetica), che nasce e si rafforza a

spese di quella statica (che diminuisce).

Facciamo un esempio, necessariamente semplificato (Fig. 3-4). Immaginiamo un lungo tubo

cavo, come quello utilizzato dai benzinai per gonfiare le gomme: su tutte le sue superfici

agisce la pressione atmosferica (1 ATM); all'interno la pressione è determinata dal 'cilindro'

di aria che sta dentro al tubo, mentre all'esterno è dovuta all'aria circostante; si tratta in

entrambi i casi di pressione statica.

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Quando però il compressore mette in movimento l'aria si genera una nuova pressione che

prima non esisteva: la percepiamo molto bene se dirigiamo il getto d'aria contro il palmo

della mano. Questa pressione, dovuta al movimento dell'aria è la pressione dinamica.

LA LEGGE DI BERNOULLI

Fin qui tutto bene. Meno intuitivo è il legame che esiste tra pressione statica e pressione

dinamica, ed infatti la scoperta di tale legame ha fruttato a Daniele Bernoulli una fama

eterna; egli era un fisico del 700 che, dopo infiniti studi e prove, dichiarò: 'la somma della

pressione statica più quella dinamica è costante!' (in realtà Bernoulli, nipote

dell'altrettanto illustre e scientifico Nicola, disse qualcosa di molto più complesso, riferito ai

liquidi incomprimibili, ma accettiamo questa enorme semplificazione, utile per comprendere

quanto segue). Quando l'aria è ferma la pressione dinamica non esiste (è uguale a zero): tutta

la pressione disponibile è in forma statica (contro le pareti interne). Man mano che l'aria

viene messa in movimento, e scorre nel tubo, si genera pressione dinamica (contro la mano

fuori dal tubo). Se è vero che la somma di questa nuova pressione con quella statica non

varia, significa che la pressione statica è diminuita, tanto di più quanto più è aumentata quella

dinamica.

Sarà vero? Per sincerarsene basta un semplice esperimento. Si prendano due fogli di carta e li

si lascino penzolare tra le dita, paralleli tra loro.

I due fogli delimitano tre zone: la zona compresa tra i fogli stessi e le due zone esterne

(destra e sinistra). In tutte tre le zone esiste una identica pressione atmosferica (pressione

statica) e quindi i fogli non si muovono.

Soffiamo ora tra i fogli (meglio dall'alto verso il basso) e, se abbiamo fatto le cose bene,

notiamo che questi, anzichè allontanarsi si avvicinano.

È infatti accaduto che, mentre sulle superfici esterne dei due fogli, la pressione dell'atmosfera

non è cambiata, all'interno l'aria, muovendosi, ha ridotto la sua pressione statica sulle

superfici interne. Se qualcuno, mentre noi soffiamo, pone la sua mano nella direzione del

soffio, percepirà la pressione dinamica che si è creata ex novo. Quel Bernoulli ... aveva

proprio ragione!

Figura 3-4. La pressione statica, all'interno di un tubo di gomma, è pari a quella atmosferica. Quando l'aria è posta in

movimento si genera una pressione dinamica che cresce a scapito di quella statica.

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IL TUBO DI VENTURI

Mezzo secolo più tardi, Giovanni Battista Venturi, trovò la prima applicazione pratica al

teorema del suo illuminato collega e costruì un tubo in grado di misurare la velocità di

scorrimento di un fluido, sfruttando proprio i rapporti tra pressione statica e velocità.

Scusandoci con gli appassionati ed i fisici usiamo ancora una volta la scure della

semplificazione e facciamo dire anche a Venturi qualcosa di più banale rispetto a ciò che in

realtà disse: "l'aria che viene forzata attraverso una strozzatura subisce una accelerazione che

è proporzionale alla velocità iniziale dell'aria stessa". Allo stesso modo la pressione statica, a

livello della strozzatura, si riduce tanto più quanto maggiore è la velocità iniziale.

Reincontreremo il signor Venturi parlando di meteorologia (effetto Venturi delle valli strette)

e di strumenti (tubo di Venturi in alcuni anemometri).

Figura 3-5. Il tubo di Venturi è un tubo con un resitringimento: a questo livello l'aria accelera e la pressione statica che essa

esercita sulle pareti è quindi minore rispetto al resto del tubo

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Capitolo 3 - APPUNTI DI AERODINAMICA

• Due parole sul manuale

L'ALA TEORICA

• L'organizzazione

• Elementi legislativi

• Appunti di

Prima di procedere oltre nel nostro cammino abbiamo bisogno di uno strumento per le

aerodinamica

successive spiegazioni, in altre parole ci serve un profilo alare da mettere nella corrente

d'aria per vedere come si comporta. Scegliamo, per semplicità, un profilo alare

• Considerazioni generali

piano-convesso, ma ricordiamo che tutte le osservazioni che faremo sono valide anche per gli

• L'ala teorica

altri profili alari, ed in particolare per quello concavo-convesso, tipico delle ali per il Volo

• L'angolo di incidenza

Libero.

• La forza aerodinamica

Approfittiamo, inoltre, dell'occasione per fare la nostra conoscenza con una terminologia

• Le formule e i

specialistica: quella che serve per definire ogni macchina volante.

diagrammi

• Stallo

ALCUNE DEFINIZIONI

• Carico alare

• La virata coordinata

• Effetto suolo

• L'allungamento

• Cenni di meteorologia

• Il volo col deltaplano

• Il volo col parapendio

• Paracadute e strumenti

• L'arte del veleggiare

• Cenni di fisiologia

• Correzioni e suggerimenti

• Volate a volandia

Figura 3-6. Il 'vocabolario' dell'aerodinamica: è importante padroneggiare la terminologia standard.

Con il termine, appena citato, di profilo alare si indica la sezione di un'ala tagliata

longitudinalmente secondo un piano perpendicolare al terreno. Osservandolo potremo

identificare un 'margine anteriore', detto bordo d'entrata (o bordo d'attacco), ed uno

posteriore, detto bordo d'uscita. La linea immaginaria che collega tali due punti è detta

corda alare; nel caso le ali non abbiano una corda alare costante, ma vadano resitringendosi

dal centro all'estremità, esistono ovviamente numerose corde alari (a seconda di dove si fa la

sezione), ma una in particolare è molto utile per descrive il comportamento dell'ala: si tratta

della corda alare media.

L'ala nel suo insieme è formata da due semiali disposte simmetricamente e dotate di una

superficie superiore, o estradosso, e di una inferiore, o infradosso.

La apertura alare è semplicemente la distanza (in metri) tra le due estremità alari, mentre la

superficie proiettata rappresenta 'l'ombra' dell'ala stessa, in assetto di volo, quando il sole è

perfettamente perpendicolare alla terra; più tecnicamente è la superficie proiettata su di un

piano parallelo alla struttura dell'ala, e si misura in metri quadri.

L'allungamento è il rapporto tra apertura alare al quadrato e superficie proiettata, oppure (il

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valore non cambia), il rapporto tra

apertura alare e corda alare media,

ed è un numero assoluto (es.

allungamento=8).

Il camber riflette semplicemente

la 'bombatura' dell'ala ma la sua

esatta definizione è estremamente

complessa: semplificando

possiamo dire che i profili sottili

hanno poco camber, quelli spessi

di più (Fig 3-7). Inoltre, in

relazione al punto di massimo

spessore, il camber può essere

arretrato o avanzato.

Lo svergolamento alare, infine,

indica il progressivo (e

simmetrico) cambiamento

dell'angolazione lungo le due

semiali: anticipiamo che

Figura 3-7. Camber e svergolamento alare (differenti angoli lungo il bordo

di attacco).

deltaplano e parapendio mostrano

svergolamenti opposti.

MOVIMENTI SUI TRE ASSI

La figura 3-8 illustra i tre assi attorno ai quali un velivolo può muoversi, nonchè il corretto

nome di questi movimenti: si dice Beccheggio il movimento, sull'asse trasversale (cabra e

picchia), Rollio quello sull'asse longitudinale (inclinazione laterale delle ali), ed infine

Imbardata il movimento intorno all'asse verticale (rotazione sul piano orizzontale).

Figura 3-8. I movimenti sui tre assi di un'apparecchio in volo.

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Capitolo 3 - APPUNTI DI AERODINAMICA

• Due parole sul manuale

L'ANGOLO DI INCIDENZA

• L'organizzazione

• Elementi legislativi

• Appunti di aerodinamica

Se, viaggiando in automobile, teniamo

una mano fuori dal finestrino e

• Considerazioni generali

perfettamente orizzontale rispetto al

• L'ala teorica

suolo, sentiamo solo un po' di

• L'angolo di incidenza

resistenza (che tende a spostare la

• La forza aerodinamica

mano all'indietro); se invece

• Le formule e i diagrammi

incliniamo la mano in modo che formi

• Stallo

un piccolo angolo con il piano

• Carico alare

orizzontale (cioè la direzione del

flusso di aria che la investe),

• La virata coordinata

immediatamente sentiamo che la

• Effetto suolo

mano viene spostata con energia verso

• L'allungamento

l'alto e all'indietro. Quel piccolo

• Cenni di meteorologia

angolo ha dunque grandi effetti ed è

meglio chiamarlo subito con il suo

• Il volo col deltaplano

vero nome: è l'angolo di incidenza.

• Il volo col parapendio

Diciamo subito che l'angolo di

• Paracadute e strumenti

incidenza, definito come l'angolo

formato da corda alare e vento

Figura 3-9. L'angolo di incidenza: un piccolo angolo dai grandi

• L'arte del veleggiare

effetti

relativo, è, nei fatti, il principale

• Cenni di fisiologia

strumento a disposizione del pilota

per controllare l'apparecchio: che si usi la cloche, il peso od i freni aerodinamici poco

• Correzioni e suggerimenti

importa; l'angolo di incidenza è il 'signore del volo' ed attorno a lui ruotano i concetti

• Volate a volandia

fondamentali come quello di velocità, di efficienza, di tasso di caduta, di stallo, eccetera.

Nel nostro esempio abbiamo parlato dell'angolo formato dalla mano con il piano

orizzontale perchè l'automobile viaggia parallela al terreno ma, nel volo, l'angolo di

incidenza è quello che si forma tra la corda alare media e la direzione del moto (il vento

relativo).

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Capitolo 3 - APPUNTI DI AERODINAMICA

• Due parole sul manuale

LA FORZA AERODINAMICA

• L'organizzazione

• Elementi legislativi

TOTALE

• Appunti di

aerodinamica

• Considerazioni generali

Se poniamo un profilo alare, inclinato nel

• L'ala teorica

modo giusto (con il giusto angolo di

• L'angolo di incidenza

incidenza) in un flusso d'aria, notiamo che

• La forza aerodinamica

anch'esso (come la nostra mano sporta

• Le formule e i

dall'auto) tende immediatamente a

diagrammi

sollevarsi e a restare indietro. Questo

• Stallo

significa che è entrata in gioco una forza

nuova a far sentire il suo effetto: si tratta

• Carico alare

della forza aerodinamica totale (spesso

• La virata coordinata

abbreviata in FAT, ma detta anche

• Effetto suolo

risultante aerodinamica).

• L'allungamento

Possiamo anticipare che questa forza nasce

da una differenza tra le pressioni esercitate

• Cenni di meteorologia

dall'aria sotto e sopra l'ala. Proprio come

• Il volo col deltaplano

lo stantuffo mobile della scatola di figura

• Il volo col parapendio

3-3, l'ala tende quindi a spostarsi in

• Paracadute e strumenti

direzione perpendicolare alla corda alare.

La forza aerodinamica totale, dunque,

Figura 3-10. Genesi della Forza Aerodinamica Totale, che rende

• L'arte del veleggiare

possibile il volo.

non è altro che la differenza di pressione

• Cenni di fisiologia

tra le due 'superfici' dell'ala: la pressione

sull'infradosso è maggiore rispetto a quella sull'estradosso.

• Correzioni e suggerimenti

Tale differenza di pressione dipende dal fatto che, durante il volo (o se preferite, quanto l'ala

• Volate a volandia

è investita da un flusso d'aria) la pressione sull'estradosso si riduce notevolmente, mentre

quella sull'infradosso aumenta di un poco. Vediamo di capire perchè.

RIDUZIONE DELLA PRESSIONE

SULL'ESTRADOSSO

I filetti di aria che investono l'ala sono costretti a dividersi, a livello del bordo di attacco,

passando in parte sopra ed in parte sotto all'ala.

Quelli che passano di sopra, però, si trovano a dover percorrere una strada più lunga e

devono quindi accelerare. Ma a maggiore velocità corrisponde minore pressione statica, ed

ecco che, sull'estradosso la pressione è, appunto, diminuita durante il volo.

AUMENTO DELLA PRESSIONE SULL'INFRADOSSO

Dal momento che l'ala forma un angolo con il vento relativo (angolo di incidenza) una certa

quantità di aria colpirà (sia pur 'di striscio') l'estradosso; in altri termini, l'aria che colpisce

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"nuove" forze: la prima, diretta nel senso del moto (o, se preferite, del vento relativo) prende

il nome di trazione (o spinta) mentre la seconda, diretta verso il basso e leggermente

all'indietro, è detta peso apparente.

Questa scomposizione di forze ci dice alcune cose molto importanti:

1. Nel volo planato uniforme la trazione è una componente del peso e si forma

soltanto se l'ala si muove secondo una traiettoria discendente, più o meno inclinata; in

altre parole possiamo dire che i veleggiatori 'pagano' la trazione con una perdita di

quota.

2. Nel volo motorizzato, invece, la spinta deriva dal motore e l'ala può volare secondo

una traiettoria orizzontale (od in salita): gli apparecchi motorizzati 'pagano' la trazione

con un consumo di carburante.

Apriamo una piccola parentesi teorica dedicata ai più curiosi: nel concetto di trazione (o SPINTA come dicono gli

americani) è insito quello di dispendio energetico. Come accennato, i motori forniscono spinta consumando carburante. Ciò

che è meno intuitivo è che anche i veleggiatori sfruttano motori e carburante: infatti la quota di inizio volo (o meglio il

dislivello tra decollo ed atterraggio), che rappresenta l'energia Potenziale da spendere durante il volo, viene raggiunta a

mezzo di motori (gli alianti sfruttano il motore del velivolo trainante, i deltaplani ed i parapendio il motore della macchina

con la quale raggiungono il decollo, il traino da terra sfrutta il motore del verricello, l'alpinista che si porta il parapendio fino

in cima alle vette sfrutta il motore delle sue gambe). In pratica quindi la principale differenza tra noi e gli aeroplani è che

questi producono energia (e consumano carburante) durante le diverse fasi di volo, mentre noi consumiamo carburante per

'accumulare' energia -la quota- che spendiamo poi durante il volo (l'esempio classico è una planata in aria calma). I

veleggiatori, una volta in volo, possono guadagnare ulteriore quota (quindi aumentare la propria energia Potenziale), solo

'rubando' tale energia all'ambiente, sfruttando quella presente nei movimenti ascendenti delle masse d'aria.

Figura 3-11. Le due forze che compongono la F.A.T. (portanza e resistenza) sono, nel volo planato uniforme, in perfetto

equilibrio con le due che compongon il PESO (peso apparente e trazione).

VOLO PLANATO UNIFORME: il magico

equilibrio delle forze

Possiamo già intuire che, se forza aerodinamica e peso sono esattamente bilanciati, saranno

esattamente bilanciate (a due a due) anche le loro componenti. Se questo equilibrio si verifica

volando a 30 Km/h, e nulla interviene per modificarlo, il volo è rettilineo (senza variazioni

di traiettoria, nè in senso laterale nè in senso verticale) ed uniforme (senza accelerazioni o

decelerazioni). Se decidiamo di cambiare l'angolo di planata (modificando l'angolo di

incidenza) le forze saranno, per qualche attimo, squilibrate e l'ala accelererà o decelererà fino

a che viene ripristinato un nuovo equilibrio (volando, poniamo, a 38 Km/h). Da questo

momento il volo (in assenza di influenze esterne) riprenderà ad essere rettilineo ed uniforme.

Per semplicità, tutte le quattro forze si considerano applicate in un solo punto, il già citato

centro di spinta.

Ora che abbiamo identificato le due (ma scomponendole le abbiamo fatte diventare quattro)

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forze in gioco nel volo planato uniforme, approfondiamo la loro conoscenza esaminandole

singolarmente.

LA RESISTENZA: compagna

irrinunciabile del movimento

Questo titolo (che suona come uno slogan vagamente di sinistra) ci ricorda semplicemente

che un'ala in moto genera sempre resistenza. Anche in questo caso, infatti, è possibile avere

resistenza senza portanza (stallo), ma mai portanza senza resistenza.

L'aria che ci circonda, leggera ed impercettibile, cambia completamente quando viene

attraversata ad alta velocità: diviene allora densa, quasi solida, e rappresenta il principale

problema al conseguimento di nuovi record di velocità. E' dunque intuitivo affermare che la

resistenza totale cresce al crescere della velocità. I più attenti si saranno già insospettiti

leggendo 'resistenza totale' poichè immaginano (correttamente) che, se esiste una resistenza

totale, devono anche esistere 'resistenze parziali'. E' proprio così. La resistenza totale è,

infatti, dovuta al sommarsi di tre tipi diversi di resistenza che, tra breve, non avranno per

noi più alcun mistero.

Si tratta di:

● resistenza di forma

● resistenza di attrito

● resistenza indotta.

RESISTENZA DI

FORMA

Come suggerisce il suo nome, essa

dipende dalla forma del profilo esposto

al vento (un aliante espone una

superficie molto maggiore rispetto ad

un MIG ed ha quindi una resistenza di

forma molto superiore).

Nel volo libero l'imbrago, lo stesso

pilota e la caveria contribuiscono in

modo sostanziale ad aumentare la

resistenza di forma (Fig. 3-12).

Tuttavia, la resistenza di forma è poco

importante alle basse velocità,

mentre diventa la principale fonte di Figura 3-12. Resistenza di forma: cresce al crescere della velocità ed è

proporzionale alla superficie esposta al vento relativo.

resistenza alle alte velocità, per

questa ragione la resistenza di forma è

il primo nemico da battere per chi produce apparecchi ad alta velocità, mentre può essere

quasi ignorata da chi progetta apparecchi a bassa velocità.

RESISTENZA DI ATTRITO

È la resistenza dovuta all'attrito dell'aria che 'sfrega' sulla superficie della vela. Si sarebbe

quindi portati a credere che una vela perfettamente liscia generi meno resistenza di attrito di

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una ruvida. Questo fatto, specie alle

bassissime velocità tipiche del Volo

Libero, non è del tutto vero. Anzi,

molte vele presentano piccolissime

corrugazioni, a distanza regolare le une

dalle altre, e vantano una riduzione

della resistenza di attrito, come mai?

In queste vele l'aria resta addirittura

'intrappolata' tra le corrugazioni e

(almeno in teoria) non scorre affatto

sulla vela, ma forma piuttosto un

sottilissimo cuscinetto solidale con il

movimento dell'ala. La restante aria

scorre sopra questo cuscinetto,

incontrando meno attrito di quanto ne

incontrerebbe scorrendo su di una

superficie 'solida', per quanto liscia

Figura 3-13. Resistenza di attrito: alle nostre velocità ha un effetto

(Fig. 3-13).

trascurabile.

La resistenza di attrito, tuttavia, è di

gran lunga la meno rilevante, specie

alle nostre velocità.

RESISTENZA

INDOTTA

È il principale nemico da battere per

i progettisti di apparecchi a bassa

velocità (come le ali da Volo Libero).

Per comprendere di che si tratta

pensiamo ad un transatlantico: nella

sua scia si notano enormi mulinelli di

acqua. Per mettere in movimento

quelle tonnellate di liquido è stata

evidentemente 'spesa' una grande

quantità di energia (e dunque di

carburante). Tuttavia a nessuno

interessa che quei vortici esistano e la

domanda 'perchè spendere energia per

costituirli?' trova una sola risposta:

'perchè non si riesce a farne a meno!'.

I mulinelli sono il segno evidente della

Figura

resistenza indotta (o parassita) e sono

3-14. Resistenza indotta: è massima alle basse velocità.

anche il segno dei limiti progettuali: un

progetto 'ideale' non produrrebbe alcun mulinello, ma convertirebbe in 'avanzamento' tutto il

carburante (o qualsiasi altra forma di energia) disponibile.

Similmente, nel volo, la resistenza indotta deriva dalla formazione, nella scia di volo, di

vortici, o più in generale, di movimenti turbolenti dell'aria, non desiderati ma inevitabili: è

infatti la differenza di velocità tra l'aria che scorre ventralmente ad un'ala e quella che scorre

sull'estradosso a generare tali vortici.

Si distinguono i piccoli vortici centrali (presenti lungo tutto il bordo di uscita dell'ala) ed i

grandi vortici marginali (che si formano dietro e lateralmente alle estremità alari).

La resistenza indotta è per noi di gran lunga la più importante poichè la sua influenza è

massima alle basse velocità, mentre diviene, via via, meno importante alle velocità maggiori.

Riepilogando possiamo dire che, alle bassissime velocità proprie del Volo Libero, la

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secondo un piano inclinato costante, ad una velocità altrettanto costante; tale velocità, che

varia da apparecchio ad apparecchio, è detta velocità di TRIM (o di regolazione).

VELOCITÀ DI MINIMA CADUTA

Aumentando l'angolo di incidenza, l'ala rallenta, fino a raggiungere la velocità di minima

caduta: in aria calma e a parità di quota questa velocità è quella che ci permette di stare in

aria più a lungo. Attenzione però!

VELOCITÀ DI STALLO

Aumentando ulteriormente l'angolo di incidenza, si supera quello critico di stallo (in termini

meno tecnici si può dire che la velocità è scesa al di sotto della velocità di stallo) e

l'apparecchio, come vedremo, non vola più.

VELOCITÀ DI MASSIMA EFFICIENZA

Se invece, partendo sempre dalla velocità di TRIM, riduciamo l'angolo di incidenza,

l'apparecchio accelera, fino a raggiungere la velocità di massima efficienza: è questa la

velocità alla quale diviene ottimale il rapporto tra caduta ed avanzamento, in altri termini, in

aria calma, è la velocità che ci permette di andare più lontano.

VELOCITÀ MASSIMA

Picchiando ulteriormente (riducendo ancora di più l'incidenza) la traiettoria diviene molto

ripida, e si viaggia alla velocità massima raggiungibile in sicurezza.

UN'ECCEZIONE

Come vedremo più in dettaglio nel capitolo dedicato al parapendio, questa 'macchina volante'

rappresenta, anche a questo proposito, un'eccezione: esso, infatti, quando lasciato volare

senza nessun intervento del pilota, procede ad una velocità vicina a quella massima

raggiungibile. Tutte le altre velocità vengono quindi raggiunte incrementando l'angolo di

incidenza (rallentando sempre di più l'ala stessa): si incontreranno comunque, nell'ordine, la

velocità di massima efficienza, quella di minima caduta e quella di stallo.

Figura 3-15. Tempi di volo e distanze compiute volando alle diverse velocità.

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Capitolo 3 - APPUNTI DI AERODINAMICA

• Due parole sul manuale

LE FORMULE ED I

• L'organizzazione

• Elementi legislativi

DIAGRAMMI

• Appunti di aerodinamica

• Considerazioni generali

• L'ala teorica

Come abbiamo visto, la possibilità di variare la velocità di un veleggiatore è legata

• L'angolo di incidenza

indissolubilmente all'angolo di incidenza: perchè?

Perchè è proprio l'angolo di incidenza ad influenzare direzione ed intensità della forza

• La forza aerodinamica

aerodinamica fondamentale e, conseguentemente, delle sue due componenti, portanza e

• Le formule e i diagrammi

resistenza.

• Stallo

Quanto detto fin'ora può essere rappresentato da poche formule, apparentemente

• Carico alare

complesse ma praticamente semplici, e da tre diagrammi che possono dirci molto se li

• La virata coordinata

sappiamo leggere.

• Effetto suolo

• L'allungamento

TRE FORMULE ...

• Cenni di meteorologia

• Il volo col deltaplano

Già sappiamo che la portanza (P) e la resistenza (R) rappresentano la scomposizione

• Il volo col parapendio

della forza aerodinamica fondamentale e non ci stupiremo quindi di trovare le loro due

• Paracadute e strumenti

formule praticamente identiche, essendo di fatto impossibile influenzare la portanza

• L'arte del veleggiare

senza alterare la resistenza e viceversa.

P = Cp x S x 1/2 Ro x V2

• Cenni di fisiologia

R = Cr x S x 1/2 Ro x V2

• Correzioni e suggerimenti

L'efficienza (E) è data, invece, dal loro rapporto:

• Volate a volandia

E=P/R

oppure

E = Cp/Cr (dal momento che tutti gli altri valori sono comuni alle due formule)

Dove:

Cp= coefficiente di Portanza

Cr= coefficiente di Resistenza

S = superficie

Ro = densità dell'aria

V = velocità

Già a questo punto qualche lettore potrebbe inquietarsi: infatti abbiamo più volte

sottolineato l'importanza dell'angolo di incidenza e questo "signore del volo" non

compare nelle formule! In realtà esso si "nasconde" dentro i due coefficienti Cp e Cr, ma

portiamo pazienza ancora qualche attimo e (speriamo) tutto diverrà più chiaro.

Per ora limitiamoci ad osservare che sia P che R derivano dal prodotto di 4 fattori: è

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dunque chiaro che l'aumento di uno o più di questi farà aumentare il valore finale di P e

di R.

Vediamo in maggior dettaglio, i quattro fattori:

S è la superficie dell'ala e non può essere modificata in volo.

Ro è la densità dell'aria. Alle nostra altezze di volo varia in modo poco apprezzabile;

tuttavia, decollando da una cima di 4000 mt, Ro si farà sentire: essendo minore la densità

dell'aria saranno minori anche Portanza e Resistenza, a parità di altre variabili. Si dovrà

quindi correre più velocemente (e più a lungo) per generare la portanza necessaria a

mettere in volo l'apparecchio.

V è la velocità. Questa, comparendo al quadrato, ha una notevole importanza nella

formula, tuttavia, parlando del Volo Libero, bisogna sottolineare che le variazioni di

velocità sono molto contenute (tra i 30 e gli 80 Km/h) a differenza di quanto accade per

altri velivoli (velocità varianti da 200 a 2400 km/h). Inoltre l'unico momento in cui ci è

consentito variare la velocità mantenendo invariati gli altri fattori (e soprattutto l'angolo

di incidenza!) è durante la corsa di decollo, quando i muscoli delle gambe forniscono la

spinta necessaria.

Cp e Cr sono i coefficienti di portanza e di resistenza.Poichè gli altri elementi

compaiono, identici, in entrambe le formule, il confronto tra portanza e resistenza si

riduce ad un confronto tra questi due coefficienti.

Cosa sono? Sono valori numerici puri (es. 0.33), propri di un dato profilo alare, che

variano, anche di molto, al variare dell'angolo di incidenza!

In linea di massima possiamo dire che entrambi aumentano o diminuiscono (sia pur in

modo differente) all'aumentare o al diminuire dell'angolo di incidenza stesso. Per una

visione più dettagliata non ci resta che tracciare queste variazioni su un pezzo di carta

costruendo alcuni diagrammi.

... E TRE DIAGRAMMI

DIAGRAMMA Cp-Cr

Diciamo subito che il diagramma Cp-Cr

non è un diagramma, ma sono due: il

diagramma Cp ed il diagramma Cr, ognuno

con i suoi assi. Poichè l'asse orizzontale è

identico, per comodità (qualcuno dice per

pigrizia) i due diagrammi vengono di solito

rappresentati insieme ma, se questo

complica la comprensione, si possono

benissimo esaminare separatamente.

Concentriamo la nostra attenzione su Cp.

In orizzontale poniamo gli angoli di

incidenza "possibili", quelli compresi cioè,

tra 0 (presente per amor di teoria) e circa

30 gradi.

In verticale (ed a sinistra dell'asse)

riportiamo i possibili valori di Cp.

A questo punto, compiendo (per ogni ala)

una serie di determinazioni sperimentali

Figura 3-16. Diagramma Cp-Cr.

(idelamente in una "galleria di vento"),

potremo ricavare i dati che ci servono per

disegnare la curva di Cp.

Scopriremo così che, volando con un'incidenza di 5 gradi, Cp vale 0,45 (e disegniamo il

punto corrispondente), volando con un'incidenza di 10 gradi, Cp vale 0,80, e così via

fino all'incidenza di 26 gradi che dà il massimo valore di Cp (diciamo 1,65).

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Ripetiamo adesso lo stesso procedimento e ricaviamo (e disegniamo) i diversi valori di

Cr, ad ogni angolo di incidenza.

Abbiamo ottenuto anche noi un doppio grafico (due in uno) che ci permette già alcune

considerazioni estremamente importanti:

1. Cp (cioè la portanza) cresce progressivamente, con il crescere dell'angolo di

incidenza, fino al punto A, (portanza massima che nel nostro esempio

corrisponde ad un angolo di incidenza di 26 gradi); è questo l'angolo al quale l'ala

vola con la velocità di minima caduta verticale.

2. Oltre tale angolo la portanza cala di poco e poi la curva scompare! In altri

termini, la portanza crolla a zero e l'ala non vola più (si verifica cioè uno stallo).

3. Anche Cr cresce, sia pur in modo diverso, con il crescere dell'angolo di

incidenza, ma essa non parte da zero, confermando che un corpo in movimento

genera sempre un poco di resistenza.

4. Il valore di Cr è minimo nel punto B, che nel nostro esempio corrisponde ad un

angolo di incidenza di 2,5; è questo l'angolo di attacco al quale l'ala vola alla sua

massima velocità.

DIAGRAMMA POLARE

Poichè però, variando l'angolo di incidenza

variano contemporaneamente i valori di

Cp e di Cr, e dal momento che a noi

interessa soprattutto il loro rapporto (cioè

l'efficienza ai diversi angoli di attacco),

risulta più utile costruire un altro

diagramma che riporti in verticale

(ordinate) i valori di Cr ed in orizzontale

(ascisse) quelli di Cp. Gli angoli di attacco

vengono invece indicati dentro al

diagramma, consentendoci di costruire la

curva.

Ad esempio a 2,5 gradi si avrà un certo

valore di Cp ed uno di Cr: nel punto di

incontro tra tali valori segneremo proprio

2,5. Lo stesso faremo per 10, 15, 20 e 26

gradi, ottenendo la nostra curva.

Tale diagramma è detto polare e

rappresenta le caratteristiche

Figura 3-17. Diagramma Polare.

aerodinamiche di una particolare ala (ali

diverse hanno polari diverse).

DIAGRAMMA DELLE VELOCITÀ

Gli stessi angoli di incidenza possono, infine, essere riportati anche in un terzo (ed

ultimo) grafico, detto delle velocità.

Questo è, di solito, il diagramma meglio compreso, perchè coinvolge qualcosa di più

immediata comprensione, la velocità di volo e le sue due componenti: la velocità

orizzontale e quella verticale.

Poniamo dunque in orizzontale proprio la velocità orizzontale (espressa in Km/h) ed in

verticale quella verticale (in metri al secondo); poichè in aria calma un veleggiatore

scende (è dotato cioè di velocità verticale negativa) useremo, nel nostro grafico, la parte

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inferiore dell'asse delle ordinate e numeri

negativi.

Quest'ultimo diagramma ha il vantaggio

di dirci, per ogni data ala, quanto avanza

e quanto scende, ad ogni possibile

angolo di incidenza.

Sia sul diagramma Polare che su quello

delle Velocità (che sono poi espressioni

grafiche diverse dello stesso fenomeno)

si possono individuare alcuni punti

rilevanti:

Il punto A indica il Cp massimo

●

(è molto vicino alla velocità di

stallo), corrispondente alla

velocità di minima caduta. Il

diagramma delle velocità ci dice

che questo si realizza (sempre con

angolo di attacco pari a 26) con

una velocità orizzontale di circa

29 Km/h e con una velocità

verticale (tasso di caduta) di -1

Figura 3-18. Diagramma delle Velocità.

m/sec.

Il punto B indica che la resistenza (Cr) è minima con un'incidenza di 2,5,

●

cossispondente alla velocità massima. Nel diagramma delle velocità vediamo

che questo comporta una velocità orizzontale di circa 70 Km/h con una velocità

verticale (tasso di caduta) di -5,2 m/sec.

Il punto E indica il miglior rapporto tra Cp e Cr, cioè la massima efficienza,

●

ottenibile con un'incidenza di 10 gradi (è il punto nel quale una retta che parte

dall'origine è tangente alla curva). Il diagramma delle Velocità mostra che questo

si realizza (sempre con angolo di attacco pari a 10 gradi) con una velocità

orizzontale di circa 38 Km/h e con una velocità verticale (tasso di caduta) di -1,3

m/sec.

Vale la pena di ricordare che la velocità orizzontale è limitata dalla resistenza (alta

resistenza=bassa velocità) per cui può essere espressa come l'inverso della resistenza

stessa (1/Cr), mentre la velocità verticale è limitata dalla portanza (alta portanza=bassa

velocità verticale) per cui può essere espressa come l'inverso della portanza (1/Cp).

RIASSUMENDO E CONCRETIZZANDO

L'unica forma di controllo che possiamo esercitare, in volo, sull'asse longitudinale, è la

variazione dell'angolo di incidenza.

Con il crescere dell'incidenza, aumentano sia Cp (fino allo stallo) che Cr: in altre parole

l'apparecchio scende di meno ed avanza di meno.

Con il diminuire dell'incidenza, diminuiscono sia Cp che Cr: l'apparecchio vola più

velocemente, ma scende anche di più.

VELOCITÀ RELATIVA ALL'ARIA O

AD SUOLO

Tutte le osservazioni fatte in tema di velocità assumevano un'aria completamente calma

(quale si realizza all'alba di un giorno invernale senza vento); in queste condizioni, la

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Capitolo 3 - APPUNTI DI AERODINAMICA

• Due parole sul manuale

STALLO

• L'organizzazione

• Elementi legislativi

• Appunti di aerodinamica

Abbiamo visto che all'aumentare

dell'angolo di incidenza aumentano sia

• Considerazioni generali

la portanza che la resistenza fino al

• L'ala teorica

punto in cui i valori sono al massimo.

• L'angolo di incidenza

In questa situazione solleveremo un

• La forza aerodinamica

maggior carico volando alla minima

• Le formule e i diagrammi

velocità. Aumentando ulteriormente

• Stallo

l'angolo di incidenza, la portanza

• Carico alare

scende bruscamente a valori nulli. Si

verifica cioè uno stallo. Questo

• La virata coordinata

fenomeno dipende dal fatto che i filetti

• Effetto suolo

fluidi che passavano veloci

• L'allungamento

sull'estradosso (e che generavano la

• Cenni di meteorologia

differenza di velocità alla base della

forza aerodinamica) non riescono più

• Il volo col deltaplano

a restare aderenti all'ala, ma si

• Il volo col parapendio

staccano dal dorso creando vortici che

• Paracadute e strumenti

rallentano il percorso dell'aria stessa:

• L'arte del veleggiare

non solo l'aria dorsale smette di essere

Figura 3-19. Lo stallo si verifica quando i filetti fluidi perdono la

più veloce, ma diviene addirittura più

loro aderenza e si distaccano dall'estradosso.

• Cenni di fisiologia

lenta. Il distacco dei filetti genera

inoltre un brusco aumento della resistenza che arresta l'avanzamento inerziale

• Correzioni e suggerimenti

dell'apparecchio. La portanza dunque cade a zero e l'ala non vola più. La forma del

• Volate a volandia

profilo alare (camber più o meno accentuato) influenza l'angolo di attacco al quale si

verifica lo stallo. Un camber accentuato consentirà di volare ad angoli di attacco

maggiori: con un'ala di questo tipo è possibile volare più lentamente, sviluppando

maggior portanza, e quindi con un tasso di caduta minore. Tutto, però, si paga, ed un'ala

più sottile, se stalla < -2>prima, offre però meno resistenza e permette quindi di

raggiungere velocità massime più elevate.

RECUPERO DALLO STALLO

Il recupero da uno stallo richiede, senza eccezioni, una perdita di quota: è infatti

necessario, prima di poter nuovamente pilotare l'ala, che questa riprenda a volare (cioè a

sviluppare portanza). Gli apparecchi da Volo Libero, sia pur in modo molto differente,

tendono a recuperare da soli, perdendo però alcune decine di metri. Una trattazione più

dettagliata e specifica per deltaplano o parapendio, verrà esposta parlando di tecnica di

pilotaggio.

È comunque fin d'ora facile intuire che uno stallo a bassa quota (sia subito dopo il

decollo, che in volo vicino ad un pendio, che in fase di atterraggio) risulta estremamente

pericoloso: per tale motivo tutte le manovre di pilotaggio devono essere sempre

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compiute con una sufficiente riserva

di velocità quando siamo vicino al

suolo.

STALLO DINAMICO

Lo stallo dinamico sembra fatto

apposta per ricordarci che,

contrariamente alle apparenze, la pura

velocità non è direttamente collegata

allo stallo stesso, che dipende invece

dal superamento dell'angolo di

incidenza critico.

Requisiti indispensabili perchè si

generi uno stallo dinamico sono due:

elevata velocità (ciò che rende

●

praticamente immune il

parapendio a questo fenomeno)

brusco aumento dell'angolo di

●

incidenza oltre il valore critico

di stallo.

Se un velivolo stà scendendo con un

angolo di attacco molto piccolo (e

quindi ad elevata velocità, lungo una

traiettoria molto ripida) e,

improvvisamente (senza alcuna

Figura 3-20. Il recupero da una posizione di stallo richiede una

gradualità), il pilota imprime una

quota anche notevole (maggiore in seguito a stallo dinamico).

energica cabrata superando l'incidenza

critica di stallo, l'apparecchio non reagisce risalendo, ma spancia perdendo quota e non

è più governabile fino a che non torna a volare (sviluppare portanza).

Attenzione però: la quota persa durante uno stallo dinamico è almeno doppia rispetto a

quella persa dopo uno stallo "normale".

STALLO PARACADUTALE

L'arrivo del parapendio ha costretto coloro che si occupano di aerodinamica ad affrontare

un vecchio "mostro", quasi dimenticato: lo stallo paracadutale. Per ora limitiamoci a dire

che esso rappresenta un passaggio dal volo veleggiato a quello paracadutato; i vecchi

paracadute della seconda guerra mondiale ed i paracadute di emergenza per il volo libero

sono sempre in stallo paracadutale: essi non sviluppano alcuna portanza, ma frenano la

caduta generando soltanto una forte resistenza. Dal momento però che il parapendio è

concepito per volare, lo stallo paracadutale non è il modo migliore di scendere e, anzi,

comporta rischi connessi con la elevata velocità verticale che si determina.

Per una trattazione più dettagliata del fenomeno si veda il capitolo sul parapendio.

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