Aerodinamica

Nomenclatura e geometria dei profili alari

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Superfici di controllo di un aereo

Asse di rollio

Asse di imbardata

Asse di beccheggio

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Principali superfici di controllo

• Alettoni: sono montati sul bordo posteriore di ogni alavicino alle estremità delle ali e si muovono in direzioniopposte. Un alettone sollevato riduce la portanza su quell'alae viceversa. Viene utilizzato nelle manovre di virata epermette una rotazione dell’aereo intorno all’asse di rollio.

• L'elevatore: è una parte mobile dello stabilizzatoreorizzontale. Viene utilizzato durante le manovre di salita epermette una rotazione dell’aereo intorno all’asse dibeccheggio.

• Il timone: è tipicamente montato sul bordo posteriore dellostabilizzatore verticale. Quando il pilota preme il pedalesinistro, il timone devia a sinistra. Premendo il pedale destro,il timone devia verso destra. La deviazione del timone adestra spinge la coda a sinistra permettendo una rotazioneintorno all’asse di imbardata.

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Modello 3D di un aereo e di un’ala rastremata

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Profilo alare: definizione

Il profilo alare (airfoil) è la sezione di un'ala condotta secondo un piano verticale e parallelo alla mezzeria dell'ala stessa.

Anche le sezioni di una pala di turbomacchina o di un'elica propulsiva sono costruite secondo i principi dei profili alari.

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Sviluppo dei profili alari negli anni

In un profilo si riconoscono i seguenti elementi geometrici caratteristici:

• Bordo d'attacco: il punto geometricamente più avanzato del profilo.• Bordo d'uscita: il punto geometricamente più arretrato del profilo.• Corda: la linea retta che unisce il bordo d'attacco con il bordo d'uscita.• Dorso: la linea che delimita superiormente il profilo.• Ventre: la linea che delimita inferiormente il profilo.• Spessore: la distanza tra dorso e ventre.• Linea di inarcamento medio: la linea che unisce i punti equidistanti tra dorso e ventre.• Incidenza geometrica o angolo d'attacco geometrico: angolo formato dalla corda con la

corrente indisturbata.

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Caratteristiche dei profili alari

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Tipologie di profili alari in funzione della curvatura

La prima distinzione in ampie categorie viene effettuata analizzando le curvature deldorso e del ventre:

• Concavo-convesso: sia il dorso che il ventre hanno la parte centrale dellacurvatura più in alto rispetto ai punti di ingresso e di uscita (relativamente allaparte 'piena' dell'ala, quindi il dorso appare convesso mentre il ventre appareconcavo). Questo profilo era utilizzato negli aerei antichi ed è attualmenteutilizzato per alcuni ultraleggeri.

• Piano-convesso: il dorso è come nel caso precedente, mentre il ventre è piatto. Èun tipo di profilo non ottimale, ma economico. Attualmente è utilizzato in alcuniaerei da turismo.

• Biconvessi: dorso e ventre hanno curvature opposte. Se i profili, pur curvati insenso opposto, sono differenti, si parla di profili biconvessi asimmetrici, mentre,se hanno identica forma, si parla di profili simmetrici. I primi sono nellamaggior parte degli aerei odierni, i secondi per gli aerei acrobatici (cosicchépossano avere le stesse caratteristiche in volo rovescio), e sono universalmenteutilizzati per i piani di coda.

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Profili alari normati

Sono oltre 1.800 i profili definiti in modo univoco ed utilizzati nella produzionedei velivoli di serie. I più comuni sono quelli definiti dall'organizzazionegovernativa americana NACA identificati con numeri a 4 o 5 cifre, che tutt'oggisono uno standard per la produzione in serie di profili alari ad uso civile.

• NACA a 4 cifre (es. NACA 2415);• NACA a 5 cifre (es. NACA 23012);• Serie 1 (es. NACA 16-123);• Serie 6 (es. NACA 612-315);• Serie 7 (es. NACA 712A315);• Serie 8 (es. NACA 812A315);

I profili alari NACA sono particolari forme di profilo alare di ali diaeromobili studiati dalla National Advisory Committee forAeronautics (NACA) statunitense. La forma di un profilo alare NACAè descritta mediante la parola “NACA” seguita da un numero.

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NACA a 4 cifre

Le sezioni alari NACA a quattro cifre definiscono il profilo in questo modo:1. la prima cifra indica la curvatura massima come percentuale della corda;2. la seconda cifra fornisce la distanza del punto di massima curvatura dal bordo

d'attacco espressa come percentuale della corda e in multipli di 10;3. le ultime due cifre descrivono il massimo spessore del profilo alare espresso come

percentuale della corda.

NACA 2412Curvatura massima del 2%,

Curvatura massima situata al 40% della corda partendo dal bordo d'attacco

Spessore massimo del 12% della corda

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Equazione NACA a 4 cifre simmetrici

Il profilo NACA 0015 è simmetrico, in quanto le cifre 00indicano che non vi è curvatura. Il 15 indica che lo spessoremassimo è il 15% della sua lunghezza.

La formula per generare la forma di un profilo alare NACA 00xx, dove “xx” va sostituito con lo spessore massimo espresso come percentuale della corda, è:

• c è la lunghezza della corda;• x è la posizione lungo la corda da 0 a c;• yt è metà dello spessore ad un dato valore di x;• t è lo spessore massimo espresso come frazione della corda, in modo che

100 t sia uguale alle ultime due cifre del codice NACA.

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NACA a 5 cifre

La serie NACA a cinque cifre descrive forme di profilo alare più complesse:

1. la prima cifra, moltiplicata per 0,15, dà il coefficiente di portanza ottimale teorico di progetto con angolo di attacco ideale;

2. la seconda cifra, moltiplicata per 5, dà la posizione relativa, in percentuale, del punto di massima curvatura lungo la corda partendo dal bordo d'attacco;

3. la terza cifra indica se la curvatura è semplice (0) o riflessa (1);4. la quarta e la quinta cifra forniscono lo spessore massimo del profilo come percentuale

della corda, come nei profili a 4 cifre.

NACA 23112 coefficiente di portanza di progetto di 0,3 (2×0,15)

punto di massima curvatura situato al 15% della corda (3×5)

curvatura riflessa (1)

spessore massimo pari al 12% della lunghezza della corda.

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Modifiche NACA 4 e 5 cifre

I profili a quattro e cinque cifre possono essere modificatiaggiungendo un codice a due cifre preceduto da un trattino, inquesto modo:

1. la prima cifra descrive la rotondità del bordo d'attacco, con 0che indica un bordo appuntito, 6 che indica un profiloidentico all'originale e valori più grandi che ne aumentano larotondità;

2. la seconda cifra indica la distanza del massimo spessore dalbordo d'attacco espressa come percentuale della corda e inmultipli di 10.

Ad esempio, il codice NACA 1234-05 indica un profilo NACA1234 con bordo d'attacco appuntito e punto di massimo spessoresituato al 50% della corda partendo dal bordo d'attacco.

Inoltre, per descrivere più dettagliatamente il profilo alare, tutti inumeri possono essere espressi con decimali.

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Altre serie

• Serie 1: un metodo di progettazione dei profili alari usato negli anni 30prevedeva che la forma del profilo fosse derivata matematicamente dallecaratteristiche di portanza desiderate. Prima di allora le forme dei profilivenivano prima create e poi le loro caratteristiche aerodinamiche misuratenelle gallerie del vento.

• Serie 6: Si tratta di un miglioramento della serie 1 che si focalizza sul flussoin regime laminare.

• Serie 7: Ulteriori sviluppi nella massimizzazione del flusso laminare hannoportato alla necessità di descrivere separatamente le zone a bassa pressionesul ventre e sul dorso del profilo alare.

• Serie 8: I profili supercritici sono progettati per massimizzare il flusso d'aria sopra e sotto l'ala. Il loro sistema di numerazione è identico a quello della serie 7, tranne che per la prima cifra, che in questo caso è “8”.