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ⓘ Ala (aeronautica)




Ala (aeronautica)
                                     

ⓘ Ala (aeronautica)

Con il termine di ala in aerodinamica sintende una superficie disposta genericamente secondo un determinato assetto, rispetto alla corrente fluida che linveste e capace di generare una serie di azioni fluidodinamiche causate da complessi meccanismi fisici legati a variazioni locali di velocità, di pressione ed azioni viscose, agenti sulla sua superficie.

Usualmente la risultante delle forze aerodinamiche viene scissa in tre sue componenti, così suddivise:

  • unazione deviante o di devianza slip, S disposta ortogonalmente al vettore di velocità asintotico dellaria v e tale da creare, componendosi con L e D, una terna levogira ortogonale.
  • unazione resistiva o di resistenza drag, D disposta parallelamente al vettore di velocità asintotico dellaria v che la investe ed equiverso con essa;
  • unazione portante o di portanza lift, L disposta ortogonalmente al vettore di velocità asintotico dellaria v che la investe;

Nello specifico caso di un velivolo in moto generico, la portanza viene generata tramite le forze aerodinamiche che agiscono prevalentemente sullala e sugli impennaggi di controllo.

Qualora lala non venga realizzata in un solo elemento, ma sia divisa in due parti collegate separatamente alla fusoliera, si parlerà più propriamente di "semiala rispettivamente sinistra e destra: comunque generalmente la dizione semiala viene usata anche per riferirsi indistintamente alla metà destra o sinistra della stessa.

La maggior parte dei velivoli moderni è dotata di una sola ala di tipo rigido ovvero munita di apposite superfici mobili di controllo, ma non mancano esempi di velivoli con più ali: si parla allora di biplani due ali sovrapposte, eventualmente sfalsate o di triplani tre ali sovrapposte e leggermente sfalsate. Qualora le ali di un biplano abbiano dimensioni significativamente diverse, si parla di aereo ad unala e mezzo, o sesquiplano.

Il deltaplano è una particolare aerodina munita di ala autostabile e non rigida, ovverosia la sua geometria può variare in base al peso al decollo ed alle condizioni/manovre in volo; spesso è denominata anche ala Rogallo.

Anche il parapendio ha unala mantenuta in forma dalla pressione dellaria generata dal suo moto ed è anchessa di tipo flessibile non rigida in volo.

Esistono anche velivoli dotati di ali tozze e grandi piani di coda che volano, di solito sullacqua, a pochi metri dalla superficie sfruttando leffetto suolo.

Questi aerei, detti ekranoplani, sono caduti praticamente in disuso.

                                     

1. Profilo alare

Elementi geometrici caratteristici di unala di apertura finita
  • Apertura alare b distanza retta tip-tip, riferita alla sulla proiezione in pianta
  • Superficie alare di riferimento geometrica S proiezione in pianta, sul piano XY
  • Piano longitudinale di sezione parallelo al piano di simmetria longitudinale XZ
  • Ventre alare od intradosso vedasi nel seguito la corretta definizione in sezione
  • Dorso alare od estradosso vedasi nel seguito la corretta definizione in sezione
  • Corda alare in pianta c ", secondo le bitangenti alla corda in sezione vedasi nel seguito la corretta definizione in sezione
  • Semiapertura alare b/2 distanza retta dalla center line al tip, riferita alla sulla proiezione in pianta

La soprastante rappresentazione secondo proiezioni ortogonali è una tipica e comoda modalità didentificare unala di apertura finita anche detta ala reale, simmetrica rispetto al piano XZ longitudinale verticale; è altresì estremamente utile per comprendere la definizione di tutte le componenti fondamentali ed i nomi utilizzati per definirle. Per ali rettangolari e prive di diedro praticando una sua sezione con un piano verticale XZ parallelo al piano contenente lasse longitudinale di simmetria, si ottiene la sezione del profilo alare. Teoricamente anche se le possibili forme bidimensionali delle sezioni alari sono infinite, nella pratica quelle maggiormente studiate ed utilizzate sono un piccolo sotto insieme e vengono caratterizzate da sigle univoche che ne definiscono in dettaglio le caratteristiche geometriche e prestazionali ed, in genere, vengono raggruppate in specifiche serie e/o famiglie. Unala può essere a profilo costante quando questo è il medesimo in ogni sezione nel senso della semiapertura procedendo dallasse di simmetria Center Line, CL verso lestremità Tip, oppure a profilo variabile quando in stazioni a differente distanza dallasse longitudinale, vengono adoperati profili diversi, assegnati, che seguono leggi di variazione particolari tra le stazioni di riferimento stesse. Generalmente il profilo tende ad "accorciarsi" nella vista sul piano XY rastremazione in pianta ed a ridurre anche il suo spessore massimo secondo andamenti lineari o più complessi, mano a mano che ci si allontana dalla Center Line alare: le ragioni sono molteplici e di natura sia fluidodinamica/controllabilità in volo, che di peso/ottimizzazione della resistenza strutturale. Una plausibile prima classificazione delle famiglie dei profili può essere compiuta, storicamente, basandosi sulla forma della curvatura assunta dal ventre e dal dorso, ovvero osservando landamento complessivo del contorno stesso:

  • Biconvessi: intradosso ed estradosso hanno curvature opposte; se i contorni superiore ed inferiore sono differenti, si parlerà di profili biconvessi asimmetrici ad es., il NACA 2412, viceversa se hanno curvatura identica ma opposta simmetrica rispetto alla corda geometrica, si parlerà di profili biconvessi simmetrici ad es., il classico NACA 0012;
  • A doppia curvatura o Autostabili: hanno estradosso ed intradosso con tratti opposti convessi-concavi nella zona prodiera e concavi-convessi nella rimanente zona poppiera, assumendo un caratteristico andamento ad S con il bordo duscita lievemente rialzato ad es., il NACA M 24; talvolta invece lintero ventre può essere interamente concavo ad es., il NACA M 6 con il bordo duscita dalla tipica forma rialzato o relevè.
  • Concavo convessi: hanno lestradosso convesso e lintradosso concavo ad es., il Gottinga 335, oppure estradosso convesso ma intradosso con tratti convesso nella zona prodiera e concavo nella rimanente zona poppiera ad es., il Gottinga 532;
  • Piano convessi: lestradosso è convesso, mentre gran parte dellintradosso è piatto tipico profilo è il Clark Y;

Altre classificazioni importanti sono fatte basandosi su alcune specifiche caratteristiche fluidodinamiche, come lestensione della laminarità su buona parte del contorno famiglie cosiddette laminari, oppure idonee a ritardare e/o mitigare il più possibile gli effetti nocivi legati alla comprimibilità per consentire di volare ad alti numeri di Mach 0.60 ~ 0.85 in crociera famiglie cosiddette supercritiche o di R. T. Whitcomb ed aumentare anche la volumetria interna/rigidezza strutturale dellala. Comunque inerentemente alla sola forma assunta dal contorno, questi possono in principio pensarsi come oculati affinamenti delle precedenti classificazioni riportate.

                                     

1.1. Profilo alare Bordo dentrata o dattacco e bordo duscita o di fuga di un profilo

Nelle teorie sui profili alari viene esattamente indicato come bordo dentrata il punto geometrico fisso coincidente con lestremo anteriore arrotondato in genere, ma non sempre dello scheletro o linea media del profilo; tale punto per costruzione è, pertanto, anche appartenente al contorno anteriore del corpo e non è variabile con lincidenza o assetto dello stesso.

Vi possono essere anche delle estensioni del bordo dentrata Leading Edge Extension che, modificando il contorno del profilo, hanno come scopo quello di ritardare o annullare la probabile separazione del flusso laminare o turbolento, comportando un miglioramento del controllo longitudinale alle basse velocità ed alto angolo dincidenza ed, infine, cercando anche di ridurre al contempo la possibilità di un brusco stallo.

Per la stessa ragione esistono anche delle estensioni conformanti alla radice alare denominati LERX o LEX Leading Edge Root Extension: comumque tali dispositivi vengono usualmente adoperati su velivoli particolari tipicamente caccia ed addestratori per esaltarne le doti di manovrabilità in particolari condizioni di volo e richiedono una progettazione delle fusoliere che devono essere appositamente concepite per lo scopo fusoliere cosiddette "blended wing body".

Similmente viene anche indicato come bordo duscita il punto geometrico fisso coincidente con lestremo posteriore appuntito in genere, ma non sempre dello scheletro o linea media del profilo; anche tale punto pertanto è, per costruzione, appartenente al contorno posteriore del corpo e non è variabile con lincidenza o assetto dello stesso.

                                     

1.2. Profilo alare Punti di ristagno anteriore e posteriore del profilo

Particolare attenzione devessere fatta nel non confondere il bordo dentrata e duscita rispettivamente con i punti di ristagno anteriore e posteriore del corpo: questi infatti sono fisicamente individuati, nellordine, come i punti sulla superficie prodiera e poppiera del profilo dove si annulla la velocità del fluido rispetto al corpo; la posizione di questi punti varia con lincidenza assetto dello stesso.

Il punto di ristagno anteriore può anche coincidere con il bordo dentrata per una particolare incidenza di volo incidenza definita ideale o di design del profilo, ma generalmente spazia nellintorno di esso; analogamente dicasi per il punto di ristagno posteriore, sul quale però, per gli usuali assetti di volo bassa incidenza ed in condizioni del moto a regime ovvero non nellistante di partenza od arresto impulsivo del moto, in genere coincide sempre con il bordo duscita.

Infine la direzione del vettore velocità è, per entrambi i punti, sempre ortogonale alla locale retta tangente alla superficie di contorno nel punto stesso.



                                     

1.3. Profilo alare Corda alare del profilo corda geometrica

La corda alare del profilo è definita come la distanza retta che unisce il bordo dentrata al bordo duscita del corpo per quanto sopra definito; è una caratteristica geometrica del corpo, univocamente determinata def. secondo NACA. È bene prestare attenzione al fatto che, storicamente, anche per ragioni sperimentali e di pratica realizzazione, la corda del profilo può essere individuata in maniera leggermente differente a quanto appena detto: ad es. secondo altre fonti

ESDU 83040 la corda viene definita come "la linea retta che unisce il bordo duscita nel suo p.to medio, se troncato al punto di tangenza sul contorno prodiero del profilo con una circonferenza centrata nel bordo duscita stesso". Altre volte invece, specialmente in passato e su profili a forte curvatura e/o sulle eliche, ci si riferisce alla distanza di due punti individuati dalla bitangente al contorno ventrale tra la prua e la poppa del profilo, ponendolo con il ventre su di un piano: comunque le differenze numeriche sulle lunghezze sono minime.

Inoltre la corda geometrica viene sempre usata per definire le posizioni relative dei profili tra loro e rispetto alla fusoliera nel qual caso tali angoli sono denominati di calettamento.

Altrettanto non può invece dirsi sulla misurazione degli angoli dincidenza quando riferiti anziché rispetto alla corda geometrica, rispetto a quella aerodinamica: l incidenza aerodinamica o assoluta è infatti più correttamente riferita al I° Asse di portanza nulla, passante sempre per il bordo duscita ed univocamente individuata a seconda della famiglia dappartenenza del profilo.

Quando il corpo ha un angolo dincidenza aerodinamica nullo, il suo contributo portante è sempre nullo e, in presenza di fluido viscoso incomprimibile, la risultante delle forze aerodinamiche degenera nella sola componente resistiva.

Per le usuali famiglie di profili portanti, per assegnato corpo langolo esistente tra la corda geometrica e la corda aerodinamica in genere oscilla tra ~ 0-4° ed è una caratteristica costruttiva.

                                     

1.4. Profilo alare Spessore relativo massimo del profilo

Unaltra importantissima caratteristica geometrica dei profili, è il loro spessore relativo o Thickness Ratio, t/c, definito come il rapporto tra il massimo spessore della sezione del profilo e la sua corda geometrica; generalmente viene espresso in percentuale della corda stessa ed in aerodinamica usualmente oscilla tra un minimo del ~ 4-5% ed un max. del ~ 24-25%, a seconda dei requisiti voluti. A sua volta lo spessore del profilo alle varie stazioni, cioè lungo la corda, è definito come la distanza tra la superficie dorsale e la ventrale, misurata perpendicolarmente alla linea media del profilo: tale valore cambia lungo la corda. Salvo diversa indicazione, quando si parla genericamente di spessore relativo di un corpo, in aerodinamica sintende sempre il valore massimo del rapporto.

                                     

1.5. Profilo alare Dorso estradosso e ventre intradosso del profilo

Da un punto di vista fluidodinamico, i punti di ristagno anteriore e posteriore per come definiti poco più in alto dividono la superficie bagnata del profilo in un tratto superiore, detto dorso o estradosso, ed in un altro inferiore detto ventre o intradosso. Poiché i punti di ristagno variano con lincidenza, lestensione delle due aliquote non è sempre costante. Talvolta dorso e ventre vengono anche definiti impropriamente, da un punto di vista geometrico, con il bordo dentrata e duscita del profilo per avere una suddivisione del contorno invariabile costante con lincidenza, ma è bene comunque precisare che la dizione fluidodinamica è quella fisicamente più importante e corretta.

                                     

1.6. Profilo alare Scheletro o linea media e camber o freccia del profilo

Nella teoria dei profili sottili si definisce scheletro o linea media, o Mean Line di un profilo il luogo dei punti centri delle circonferenze inscritte nel profilo alare equidistanti dalla superficie del corpo. Lequazione della linea media del profilo può assumere leggi analitiche anche molto complesse, a seconda del corpo in studio; inoltre viene spesso utilizzata per classificare varie famiglie di profili in base a ben precisi impieghi o distribuzioni di pressione carico lungo le corde.

Viene definito invece camber del profilo o freccia della linea media la massima distanza dalla corda geometrica ed ortogonalmente ad essa dei punti componenti la linea media. Tale parametro usualmente viene espresso percentualmente come rapporto tra esso e la corda geometrica. Il camber è una misura dellasimmetria dello scheletro del profilo, ovverosia di quanto esso è curvato rispetto al suo equivalente simmetrico: tanto più alto è tale valore, tanto più negativo dovrà essere langolo dincidenza rispetto alla corda geometrica per avere un coefficiente di portanza nullo ovvero: angolo dincidenza assoluta nullo.

Landamento dello scheletro e degli spessori relativi lungo la corda da cui viene indirettamente individuato il camber sono due fattori fondamentali nel definire le famiglie dei profili e parte delle loro caratteristiche.



                                     

1.7. Profilo alare Apertura alare e superficie alare di riferimento

Lapertura alare geometrica b wing span rappresenta la distanza retta tra le estremità lungo una direzione ortogonale rispetto allasse di simmetria alare Center Line CL secondo la sua proiezione in pianta. La superficie alare di riferimento geometrica, o gross reference wing area rappresenta la proiezione in pianta dellintera ala tra le corda poste allestremità alare fino alla medesima sul piano di simmetria della stessa. Generalmente viene indicata con la lettera maiuscola S e rappresenta la più importante superficie di riferimento per i calcoli di dimensionamento e prestazionali.

Qualora sia presente anche la fusoliera, si tiene conto anche dellaliquota di superficie presente allinterno di essa, prolungandone il perimetro fino alla Center Line.

                                     

1.8. Profilo alare Allungamento alare geometrico, o Aspect Ratio

L allungamento alare A di unala è univocamente definito come il rapporto tra lapertura alare b al quadrato e la sua superficie alare S di riferimento. Generalmente viene indicato con A o con AR ed è adimensionale; analiticamente pertanto vale:

A = b 2 S {\displaystyle A={b^{2} \over S}}

È un importantissimo parametro geometrico di "finitezza" in senso dimensionale! dellala e da esso dipendono numerose prestazioni aerodinamiche del velivolo, ma anche di sensibili incrementi del peso della cellula e riduzione della volumetria interna, poiché sostanzialmente è un indice di snellezza dellala nel senso dellapertura.

                                     

2.1. Geometria dellala Forma in pianta dellala

Con questo termine sindica la forma del contorno alare secondo una proiezione ortogonale in pianta della stessa; le principali famiglie possono essere così suddivise: rettangolari, trapezoidali, ellittiche simmetriche e non, a freccia positiva e negativa, a delta e doppio delta, a delta ogivale ed obliqua.

Sulla base della geometria in pianta, è possibile classificare la proiezione in pianta delle ali nella sottostante maniera:

0. ala rettilinea o ala dritta: sono quelle ali nelle quali tra le due semiali non vi è angolo di freccia e la corda alare è costante; la tipica ala dritta è quella a pianta rettangolare e, costruttivamente, è anche la più semplice;
  • ala a delta: sono ali con marcata freccia positiva sul bordo dentrata e con freccia nulla sul bordo duscita hanno λ = 0 e forma di triangolo isoscele, che richiama la lettera maiuscola greca delta "Δ";
  • ala a geometria variabile: sono ali capaci di variare la freccia in volo ruotando, in maniera sincrona, le semiali intorno due punti pivots;
  • ala a doppio delta: variante dellala a delta, la parte interna dellala ha un angolo di freccia molto alto, mentre la parte esterna ha meno angolo di freccia; la variazione tra i due angoli è brusca ;
  • ala obliqua: particolare ala a geometria variabile in cui langolo di freccia in volo viene variato ruotando, in maniera asincrona e solidalmente, lintera ala intorno ad un punto pivot;
  • ala trapezoidale: quando lala dritta ha un modesto angolo di freccia ed una corda alare in pianta variabile, si dice che è rastremata rastremazione in pianta; esse hanno generalmente modesti angoli minori di ~10° di freccia al LE freccia positiva o TE freccia negativa e possiedono un ben preciso rapporto di rastremazione in pianta "λ" definito come rapporto tra la corda al tip alare e la stessa sulla sua Center Line: λ = Ct/Ccl delle corde. Casi particolari: 1) ala rettangolare: hanno rapporto di rastremazione λ unitario λ = 1 e frecce al LE TE nulle Λ L E {\displaystyle \Lambda _{\mathrm {LE} }} = Λ T E {\displaystyle \Lambda _{\mathrm {TE} }} = 0; 2) ali a delta e romboidali: hanno rapporto di rastremazione λ nullo λ = 0 e frecce al LE TE spesso molto marcati si veda di seguito per ulteriori dettagli;
  • ala a delta ogivale: variante dellala a delta, la parte interna dellala ha un angolo di freccia molto alto, mentre la parte esterna ha meno angolo di freccia; la variazione tra i due angoli è molto dolce e dettato da esigenze aerodinamiche;
  • ala volante: sono ali autostabili, cioè senza una coda fisica distinta per garantirne la stabilità e manovrabilita`;
  • ala a freccia positiva: sono quelle ali con freccia positiva sia sul bordo dentrata che duscita;
  • ala ellittica: sono ali con una distribuzione delle corde in pianta ellittiche Nota: possono essere simmetriche o non simmetriche, in questultimo caso al limite anche con bordo dentrata o duscita rettilinei!;
  • ala a freccia negativa: sono quelle ali con freccia negativa sia sul bordo dentrata che duscita;
  • ala romboidale o a diamante: sono un caso particolare di ala trapezoidale con rapporto di rastremazione in pianta nullo λ = 0 e frecce al LE TE in genere molto marcate.

Lestremità dellala può essere più o meno elaborata in modo tale da ridurre la vorticità concentrata localmente generata dalla finitezza dellorgano portante e, quindi, laliquota resistiva ad essa associata.



                                     

2.2. Geometria dellala Angolo di freccia al naso o Wing Apex angle Λ 0 {\displaystyle \Lambda _{0}} ed angoli di freccia Λ i {\displaystyle \Lambda _{i}} alari

L angolo di freccia al naso Λ 0 {\displaystyle \Lambda _{0}} è, per definizione, langolo formato dai bordi dentrata delle due semiali nel loro punto dintersezione sul piano di simmetria alare; ha un interesse prevalentemente geometrico.

L angolo di freccia alare Λ i {\displaystyle \Lambda _{i}} non è unico, ma ne esistono di differenti a seconda delle necessità; considerando la semiala sinistra rotazioni positive antiorarie ed origine su di un asse otogonale al piano di simmetria alare passante per il wing apex "O" e procedendo dal bordo dentrata verso il bordo duscita, i più rappresentativi sono:

  • angolo di freccia al bordo duscita Λ T E {\displaystyle \Lambda _{\mathrm {TE} }}, che, per ali con bordi duscita rettilinei è compreso tra un asse ortogonale al piano di simmetria alare ed i bordi duscita stessi: positivo se antiorario.
  • angolo di freccia al 50% delle corde Λ 50 {\displaystyle \Lambda _{\mathrm {50} }}, è compreso tra un asse ortogonale al piano di simmetria alare ed un asse inviluppo dei punti al 50% dei profili in apertura: positivo se antiorario. È spesso utilizzato nella calcolo delle pendenze C l w = f α {\displaystyle Cl_{w}=f\alpha} dellala intera qualora si debba tenere in conto della rastremazione in pianta delle corde;
  • angolo di freccia al bordo dentrata Λ L E {\displaystyle \Lambda _{\mathrm {LE} }}, che, per ali con bordi dentrata rettilinei è compreso tra un asse ortogonale al piano di simmetria alare ed i bordi dentrata stessi: positivo se antiorario;
  • angolo di freccia al 25% delle corde Λ 25 {\displaystyle \Lambda _{\mathrm {25} }}, è compreso tra un asse ortogonale al piano di simmetria alare ed un asse inviluppo dei punti al 25% dei profili in apertura: positivo se antiorario. È langolo più importante da un punto di vista aerodinamico;

Esistono ance altri angoli di freccia caratteristici ad esempio come il Λ m a x {\displaystyle \Lambda _{\mathrm {max} }} inviluppo dei punti delle sezioni aventi lo spessore relativo massimo t/c|max che vengono adoperati per altri scopi calcolo strutturale. delle ali equivalenti, etc.

I due valori sono direttamente collegati: ad esempio ad un angolo di naso di 180 gradi corrisponde un angolo di freccia di zero gradi, e ad una freccia di 30° corrisponde un angolo di naso di 120°. In generale:

2 Λ i + Λ 0 = 180 ∘ {\displaystyle 2\Lambda _{i}+\Lambda _{\mathrm {0} }=180^{\circ }}.

Ladozione di una freccia alare è dovuta a vari fattori. Storicamente è stata introdotta principalmente per aumentare il numero di Mach critico, ovvero il numero di Mach minimo al quale il flusso sullala comincia a diventare sonico. A queste condizioni la resistenza aerodinamica inizia ad aumentare molto fortemente.

Dato che principalmente è la componente normale al bordo dattacco dellala ovvero la perpendicolare nel piano dove giacciono velocità e bordo dattacco quella che contribuisce alla generazione delle forze aerodinamiche, langolo di freccia riduce tale componente. Dalla definizione di numero di Mach:

M a c r i t i c o a Λ ≠ 0 = M a c r i t i c o a Λ = 0 1 cos ⁡ Λ {\displaystyle Ma_{\mathrm {critico\ a\ \Lambda \neq 0} }=Ma_{\mathrm {critico\ a\ \Lambda =0} }{\frac {1}{\cos \Lambda }}}

Nei velivoli relativamente lenti, cioè ad una velocità minore di Ma ≈ 0.6 il valore dipende molto dalle caratteristiche geometriche dellala risulta conveniente lutilizzo di unala trapezoidale senza freccia o con una freccia molto piccola.

Nel volo a velocità maggiore, lala può accelerare a velocità supersonica piccole zone di flusso sul dorso, e generare onde durto che aumentano la resistenza. Allaumentare della velocità di volo, la zona interessata dalle onde durto crescerà fino a contenere tutto il profilo alare.

Londa durto generata ha un angolo di incidenza sulla fusoliera tanto minore quanto maggiore è la velocità dellaereo. È importante che le ali dellaereo rimangano allinterno del cono formato da questangolo, quindi quanto maggiore deve essere la velocità raggiungibile dallaereo, tanto minore deve essere langolo di freccia. In regime supersonico, ad esempio, ad una velocità di Mach 3 volte la velocità del suono langolo sarà di circa 60 gradi, quindi la freccia delle ali dovrà essere inferiore ai 30 gradi. Gli alianti invece, per motivi di posizionamento del baricentro, spesso hanno le ali con angolo di freccia leggermente negativo.

I vantaggi di un angolo di freccia sono:

  • riduzione della resistenza.
  • aumento del Mach critico;
  • diminuzione della sensibilità alle perturbazioni diminuisce la sensibilità della portanza allangolo dattacco;

Gli svantaggi invece sono:

  • peggiori caratteristiche alle alte incidenze: tendono a stallare prima le estremità alari e quindi laereo tende ad alzare il muso esaltando il fenomeno invece di contrastarlo.
  • diminuzione del massimo coefficiente di portanza al variare dellangolo dattacco;
  • ispessimento dello strato limite alle estremità alari a causa di una componente della velocità parallela al bordo dattacco;
                                     

3.1. Posizione dellala e peculiarità Angolo diedro

Osservando unala in proiezione frontale, è possibile valutare se entrambe le semiali giacciano sullo stesso piano o se, invece, formino un angolo rivolto verso il basso o verso lalto nel loro punto di incontro lungo la fusoliera.

Langolo eventualmente formato dalle semiali con un piano orizzontale viene detto angolo di diedro e la sua presenza ha una notevole importanza nel rendere un velivolo autostabile. Lautostabilità di un velivolo è la capacità di un velivolo di ritornare autonomamente in una posizione stabile dopo una sollecitazione.

Si consideri a titolo desempio una perturbazione tale da far rollare il velivolo, partendo questultimo da una condizione di volo rettilineo e uniforme. In base a semplici considerazioni geometriche nascerà una componente della forza peso perpendicolare al piano di simmetria dellaeromobile tale da generare un moto laterale. Con angolo di diedro positivo la semiala abbassatasi per il movimento di rollio sarà soggetta ad un aumento dellangolo di incidenza dovuto alla velocità laterale viceversa per laltra semiala: ne nascerà un momento di rollio tale da opporsi alla perturbazione iniziale.

È intuitivo che se le ali avessero un diedro negativo laereo risponderebbe ad una instabilità divenendo ancora più instabile. Questa condizione di instabilità rende laereo più difficilmente pilotabile, ma contemporaneamente lo rende anche più maneggevole. Ali a diedro negativo si possono trovare su aerei quale il MiG-29, il MiG-15 o, ancora più evidente, nellF-104.

                                     

3.2. Posizione dellala e peculiarità Posizione dellala

A seconda della posizione rispetto alla fusoliera lala può essere:

  • bassa: Sottostante alla fusoliera.
  • media o trasversante: Posta in prossimità della mediana della fusoliera
  • alta: Posta sopra la fusoliera

La posizione dellala è un importante fattore di stabilità. Unala alta rende laereo più stabile, perché laereo si trova "appeso" alle ali: il suo baricentro è più in basso del punto di applicazione della portanza, quindi laeromobile tende a ritornare da solo in una posizione stabile.

Lala bassa invece, con il baricentro collocato sopra al punto di applicazione della portanza, rende laereo più instabile ma al contempo gli conferisce una maggiore maneggevolezza. Lala media richiede una struttura leggermente più complessa, ma migliora leggermente le prestazioni del velivolo riducendo la resistenza di forma. Per questo motivo è spesso utilizzata negli aerei di linea moderni e negli alianti.

Si può notare che in genere gli aerei con ala bassa richiedono il diedro positivo per avere un minimo di stabilità come la maggior parte dei Piper, mentre gli aerei con lala alta non richiedono il diedro come la maggior parte dei Cessna.

                                     

3.3. Posizione dellala e peculiarità Ala a sbalzo

Viene detta ala a sbalzo unala che per tutta la propria lunghezza nel senso dellapertura alare non presenti strutture di sostegno esterne, risultando fissata alla fusoliera soltanto nella parte centrale.

Quando invece oltre al punto di fissaggio centrale siano presenti uno o più tiranti di sostegno che arrivano a meno di metà semiala di distanza dalla fusoliera, le ali vengono dette a semisbalzo.

                                     

4. Strumenti tipici di variazione del profilo alare

Se il profilo alare determina le caratteristiche di volo di unala e quindi di un aeromobile prima fra tutte la velocità minima di volo in sicurezza diviene evidente che, qualora unala sia progettata per volare in modo ottimale ad elevate velocità, sarà piuttosto impegnativo effettuare i decolli e gli atterraggi che iniziano e si concludono con laeromobile fermo. Ideale è quindi la possibilità di variare il profilo alare non la geometria alare nelle diverse fasi: un profilo in grado di sviluppare elevata portanza alle basse velocità per le manovre di decollo ed atterraggio e di produrre invece scarsa resistenza alle alte velocità. A tale fine gli aeromobili utilizzano alcuni strumenti particolari:

LEGENDA:

  • alettone interno
  • alettone destremità
  • deflettore di flusso spoiler.
  • ipersostentatore di bordo duscita flap
  • ipersostentatore di bordo dattacco slat
  • carenatura degli attuatori
  • aletta destremità winglet
                                     

4.1. Strumenti tipici di variazione del profilo alare Freni aerodinamici e diruttori di flusso

Vi sono casi nei quali è conveniente ridurre anche drasticamente la portanza sviluppata da unala per consentire una rapida perdita di quota è ad esempio il caso degli alianti, dotati solitamente di una elevata efficienza: ridurre la portanza a bassa quota facilita latterraggio.

Anche gli aerei di linea usano questa tecnica subito dopo latterraggio, perché lefficacia della frenata, dopo il contatto delle ruote con il suolo, dipende grandemente dal peso che grava sulle ruote stesse.

Tale riduzione di portanza viene ottenuta dai freni aerodinamici o dai diruttori di flusso, detti anche spoiler: si tratta di elementi mobili, posti sul dorso dellala, che possono alzarsi staccando il flusso daria e creando una bolla di ricircolo a pressione ambiente e quindi eliminando quasi completamente la portanza in quel punto dellala.

Unaltra funzione degli spoiler è la correzione in volo dellimbardata inversa prodotta dal movimento degli alettoni durante la virata. In questo caso infatti lala che si solleva, per effetto della deflessione in basso dellalettone, produce una resistenza indotta maggiore dellala che si è abbassata. Ne consegue un movimento di imbardata che porta il muso dellaereo in direzione opposta al senso di virata. Nei moderni aerei commerciali questa imbardata si compensa con i flight spoiler, ovvero si solleva il deflettore sullala che si abbassa - dove cioè lalettone è ruotato verso lalto - compensando in questo modo la resistenza indotta dellala opposta.

                                     

4.2. Strumenti tipici di variazione del profilo alare Ipersostentatori

Vi sono casi nei quali si desidera incrementare la portanza sviluppata da unala, tipicamente alle basse velocità. Di solito ciò avviene nelle fasi decollo e di atterraggio.

Tale aumento viene ottenuto da strutture mobili che modificano il profilo alare, aumentandone spesso anche la corda: si parla in questo caso di flap quando le parti mobili modificano il bordo di uscita oppure di slat quando le parti mobili modificano il bordo di entrata dellala.

Durante il volo normale, invece, tali strutture vengono ritirate, perché solitamente queste superfici non incrementano soltanto la portanza, ma anche la resistenza dellala rendendola poco idonea al volo ad alte velocità.

                                     

4.3. Strumenti tipici di variazione del profilo alare Alettoni

Gli alettoni sono sezioni mobili dellala, incernierati lungo il bordo di uscita. Un alettone è in grado di variare le caratteristiche aerodinamiche dellala in cui si trova aumentandone o diminuendone la portanza.

Se vengono utilizzati gli alettoni di una sola semiala, il risultato è una variazione di assetto dellintero apparecchio, principalmente attorno allasse di rollio.

                                     

4.4. Strumenti tipici di variazione del profilo alare Altre funzioni

Oltre alla funzione aerodinamica, alle ali sono spesso demandati anche altri compiti, che richiedono elementi strutturali specifici:

  • Dispositivi antighiaccio a riscaldamento o pneumatici: Su molti aerei, soprattutto di linea, il bordo dattacco può essere dotato di dispositivi antighiaccio: la formazione di ghiaccio sulle ali è infatti pericolosa. I dispositivi antighiaccio si dividono in due categorie
  • Dispositivi De-icing: che hanno il compito di eliminare il ghiaccio formatosi sulle superfici
  • Dispositivi Anti-icing: che prevengono la formazione del ghiaccio sulle varie superfici
  • Luci di posizione: Servono soprattutto per poter essere visibili da altri aeromobili e dalla torre di controllo.
  • Serbatoi: il posizionamento dei serbatoi nelle ali ha il vantaggio di mantenere le variazioni di peso legate al consumo di carburante in una posizione vicina al baricentro dellintero apparecchio, riducendo gli effetti delle variazioni stesse sullassetto di volo. I serbatoi degli aerei sono realizzati in modo da minimizzare leffetto del rollio del carburante.
  • Motori: spesso i motori sono posizionati sulle ali e, in questi casi, le ali hanno opportuni castelli e rinforzi per il contenimento del peso e per il trasferimento allintero apparecchio della spinta generata dai motori.
  • Carrelli retrattili: il posizionamento dei carrelli nelle ali si rende necessario per ottenere una distanza sufficiente tra le ruote medesime, dando stabilità al mezzo quando si muove al suolo e durante latterraggio. Considerazioni legate alla resistenza che le ruote genererebbero ad alte velocità ne suggeriscono la scomparsa durante il volo: esse vengono richiamate in appositi alloggiamenti ricavati nella ali stesse.
  • Caverie e comandi: nellala trovano posto tutti i cavi ed i rimandi necessari per muovere le superfici di cui sopra.
  • Armi, munizioni: nel caso di aerei ad uso militare; anche in questo caso valgono le considerazioni di peso svolte per il carburante.