Resistenza: di Forma, Attrito e Indotta
Principi del Volo - Lezione 3 | Corso PPL NIBBIO IV
Definizione di Resistenza
La resistenza R e la componente della Forza Aerodinamica F che ha la stessa direzione del moto e verso opposto ad esso.
Mentre la portanza e perpendicolare alla direzione del moto, la resistenza si oppone direttamente all'avanzamento del velivolo.
| Componente | Direzione | Verso |
|---|---|---|
| Portanza (P) | Perpendicolare al moto | Verso l'alto |
| Resistenza (R) | Parallela al moto | Opposto al moto |
| Risultante (F) | Somma vettoriale P + R | - |
Resistenza Totale
SCHEMA RESISTENZA TOTALE
La RESISTENZA DI PROFILO (Attrito + Forma) rappresenta circa il 60% della resistenza totale.
1) Resistenza di Profilo
La Resistenza di Profilo e data dalla somma di due componenti:
| Componente | Causa |
|---|---|
| a) Resistenza di Attrito | Strato limite (~2mm) che scorre sull'ala |
| b) Resistenza di Forma | Scia lasciata nell'aria dopo il passaggio dell'ala |
a) Resistenza di Attrito
La RESISTENZA DI ATTRITO e dovuta allo STRATO DI ARIA di circa 2 mm che "scorre" nel moto relativo rispetto al solido che in essa si muove.
Lo Strato Limite
Tale strato di aria di circa 2 mm si puo immaginare come formato da sottilissime strisce che, scorrendo le une sulle altre, generano attrito.
Principio fondamentale:
Le particelle di aria a contatto con il solido sono ferme rispetto ad esso.
Lo strato di aria piu vicino all'ala e fermo, ma quello appena piu lontano viene trascinato dal primo a velocita inferiore, il secondo strato trascina il terzo a velocita ancora inferiore, e cosi via.
Transizione Laminare-Turbolento
| Zona | Posizione | Tipo di Moto |
|---|---|---|
| Anteriore | Bordo di attacco | LAMINARE (regolare) |
| Centrale | Zona di transizione | Passaggio laminare-turbolento |
| Posteriore | Bordo di uscita | TURBOLENTO (irregolare) |
IMPORTANTE:
Il PUNTO DI PASSAGGIO da laminare a turbolento si sposta al variare dell'ANGOLO DI INCIDENZA.
All'aumentare dell'angolo di incidenza, il punto di separazione si sposta verso il bordo di attacco.
b) Resistenza di Forma
La RESISTENZA DI FORMA e dovuta alla "scia" lasciata nell'aria dopo il passaggio dell'ala.
Nel profilo alare tale "scia" dipende da due fattori:
- FORMA DELL'ALA
- ANGOLO DI INCIDENZA
Confronto forme e resistenza
| Forma | Resistenza | Note |
|---|---|---|
| Superficie quadrata | ALTA | Corpi con spigoli vivi |
| Sfera | MEDIA | Corpi sferici |
| Profilo aerodinamico | MINIMA | Forma dell'ala ottimizzata |
La forma dell'ala di un velivolo e progettata per rendere minima la resistenza dell'aria.
2) Resistenza Indotta
La RESISTENZA INDOTTA e dovuta alla DIFFERENZA DI PRESSIONE FRA VENTRE E DORSO DELL'ALA.
Meccanismo di formazione
Il fluido che si trova nella parte inferiore della semiala (ventre) ha una pressione maggiore rispetto a quello che scorre sulla parte superiore (dorso).
Cio provoca uno spostamento del fluido verso l'estremita esterna della semiala, creando i VORTICI DI ESTREMITA' ALARE.
Vortici di Estremita Alare
I vortici di estremita alare creano la cosiddetta TURBOLENZA DI SCIA, che e particolarmente pericolosa per gli aeromobili che seguono.
Relazione Velocita - Resistenza Indotta
All'aumentare della velocita relativa fluido-corpo:
- La resistenza indotta DIMINUISCE
- L'angolo di incidenza deve DIMINUIRE
Sequenza causa-effetto
AUMENTO DI VELOCITA'
↓
DIMINUZIONE DELL'ANGOLO DI INCIDENZA
↓
DIMINUZIONE DELLA RESISTENZA INDOTTA
Deflessione del flusso
La semiala, considerata la sua forma, deflette verso il basso il flusso di fluido. Tale deflessione e tanto maggiore quanto maggiore e l'angolo di incidenza.
La FORZA AERODINAMICA e sempre (circa) ortogonale al flusso, per cui alla deflessione verso il basso del flusso di fluido corrisponde una rotazione all'indietro della forza aerodinamica.
Questa rotazione genera le due componenti P (portanza) ed R (resistenza).
Grafico Resistenza-Velocita e VME
Il GRAFICO RESISTENZA-VELOCITA' mostra come le diverse componenti della resistenza variano con la velocita:
| Resistenza | Andamento con la Velocita |
|---|---|
| R. di Profilo | AUMENTA all'aumentare della velocita |
| R. Indotta | DIMINUISCE all'aumentare della velocita |
| R. Totale | Ha un MINIMO a una velocita specifica |
VELOCITA' DI MASSIMA EFFICIENZA (VME)
Il punto di resistenza totale minima corrisponde alla VME (Velocita di Massima Efficienza).
La VME si ha quando:
Resistenza di Profilo = Resistenza Indotta
Alla VME l'aereo ha la migliore efficienza aerodinamica, cioe il miglior rapporto tra portanza e resistenza.
Riepilogo
| Tipo | Causa | Caratteristica |
|---|---|---|
| R. di Attrito | Strato limite ~2mm | 60% della R. totale (con R. forma) |
| R. di Forma | Scia nell'aria | Dipende da forma e incidenza |
| R. Indotta | Differenza pressione dorso/ventre | Diminuisce con la velocita |
| VME | R. profilo = R. indotta | Resistenza totale minima |
Formula chiave
R = 1/2 * rho * V^2 * S * Cr
rho = densita | V = velocita | S = superficie | Cr = coefficiente di resistenza