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ⓘ Regola delle aree




Regola delle aree
                                     

ⓘ Regola delle aree

La regola delle aree è una tecnica aerodinamica progettuale che serve a ridurre la resistenza dei velivoli a velocità transoniche o supersoniche, in particolare tra Mach 0.8 e Mach 1.2.

La regola delle aree fu scoperta e studiata per la prima volta da Otto Frenzl, mentre lavorava come collaboratore presso gli stabilimenti Junkers in Germania fra il 1943 e il 1945.

Parallelamente, anche Wallace D. Hayes, uno dei pionieri del volo supersonico, sviluppò la regola delle aree in una serie di pubblicazioni a partire dal 1947 nel corso della stesura della sua tesi per il Ph.D. al California Institute of Technology.

Anche Richard T. Whitcomb, al quale viene spesso erroneamente attribuita la scoperta, elaborò in maniera indipendente la stessa legge nel 1952, mentre lavorava presso la NACA. Per questo motivo, la regola delle aree viene tuttora a volte chiamata legge di Whitcomb.

Ad elevate velocità subsoniche, si può sviluppare localmente un flusso supersonico in aree dove il flusso viene accelerato attorno alla fusoliera o sul dorso delle ali. La velocità alla quale questo accade dipende dal velivolo, e, divisa per la velocità del suono, è chiamato numero di Mach critico. Le onde durto che si formano in queste circostanze aumentano considerevolmente la resistenza aerodinamica totale dellapparecchio. Idealmente la resistenza aggiuntiva viene chiamata appunto resistenza donda. Per fare in modo di ridurre il numero e lintensità di queste onde durto, la sezione della fusoliera dovrebbe variare il più dolcemente possibile. Il risultato sarebbe quello di una forma a sigaro, appuntita ad ambo le estremità, come quella riportata in figura, detta anche forma di Sears-Haack.

La regola delle aree afferma che un velivolo disegnato con la stessa sezione complessiva comprensiva quindi delle ali della forma Sears-Haack genera la stessa resistenza donda di questultima. Come risultato, un velivolo devessere accuratamente organizzato: forme allungate quali quelle alari devono essere posizionate al centro della fusoliera, mentre sporgenze più contenute quali ad esempio abitacolo, prese daria o piani di coda, debbono essere posizionati prima o dopo le ali.

La regola delle aree si traduce quindi in pratica nella diminuzione della sezione della fusoliera nella zona di giunzione alare, come si nota dalla figura.

Aumentando la velocità di volo supersonica, larrangiamento delle sporgenze deve essere retratto verso la coda. In effetti langolo formato dalle linee caratteristiche con il corpo diminuisce con laumentare del numero di Mach sen α = 1/M, dove α è appunto langolo formato con il vettore velocità del cono di Mach. Per questo motivo gli aerei supersonici possiedono ali in una zona posteriore, come ad esempio il Concorde.

Il primo aeroplano al quale venne applicata scientemente la regola delle aree fu il Convair F-102A, il primo intercettore supersonico USA.

Gli aerei progettati secondo la legge di Whitcomb sembravano insoliti e "panciuti" allepoca delle prime sperimentazioni per esempio il Blackburn Buccaneer, e per questo motivo furono soprannominati "bottiglie di Coca-Cola volanti", ma la regola si dimostrò efficace ne diventò familiare linfluenza nella forma di ogni velivolo transonico successivo. In seguito, i progetti di aerei partirono già avendo in mente la regola ed i profili dei velivoli divennero sempre più armoniosi.

Lo stesso effetto viene ottenuto per quanto riguarda i missili, posizionando opportunamente i componenti quali i booster o il vano di carico; per gli aviogetti, installando i motori di fronte alle ali e non al di sotto, come nel caso dellAirbus A380; oppure prevedendo da progetto i motori allindietro e non di fianco della fusoliera come nel Cessna 750 Citation X; o anche sagomando e definendo la posizione della carlinga di pilotaggio dellF-22 Raptor. Unimmagine come questa a lato dellAirbus A380 in volo, mostra levidente forma della radice dellala progettata per rispettare la legge di Whitcomb. Questa accortezza progettuale è praticamente invisibile dagli altri angoli di visuale.