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Categoria:	Teoria del volo
Fonte del contenuto:	SKYbrary
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Descrizione

La resistenza indotta è una conseguenza inevitabile della portanza ed è prodotta dal passaggio di un foglio d’aereo (es.ad esempio un’ala o un piano di coda) attraverso l’aria. L’aria che scorre sopra la parte superiore di un’ala tende a fluire verso l’interno perché la pressione diminuita sulla superficie superiore è inferiore alla pressione all’esterno della punta dell’ala. Sotto l’ala, l’aria fluisce verso l’esterno perché la pressione sotto l’ala è maggiore di quella all’esterno dell’estremità alare. La conseguenza diretta di questo, per quanto riguarda le estremità alari, è che c’è una continua fuoriuscita di aria verso l’alto intorno all’estremità alare, un fenomeno chiamato “effetto punta” o “effetto estremità”. Un modo per capire perché un alto rapporto d’aspetto per un’ala è meglio di uno basso è che con un alto rapporto d’aspetto, la proporzione di aria che si muove in questo modo è ridotta e quindi una maggiore quantità di essa genera portanza.

Per l’ala più in generale, i flussi d’aria provenienti da sopra e da sotto l’ala scorrono ad angolo tra loro quando si incontrano lungo il bordo d’uscita dell’ala. Si combinano per formare dei vortici che, visti da dietro, ruotano in senso orario dall’ala sinistra e in senso antiorario da quella destra. La tendenza è che questi vortici si muovano verso l’esterno, verso l’estremità dell’ala, unendosi man mano. Nel momento in cui la punta dell’ala viene raggiunta, un grande vortice si è formato e viene liberato.

La maggior parte di questi vortici sono naturalmente completamente invisibili ma, in aria molto umida, il nucleo centrale di un vortice può diventare visibile perché la pressione dell’aria nel suo centro si è ridotta – e quindi si è raffreddata – sufficientemente da permettere la condensazione. Un carico alare maggiore in una virata aumenterà anche la forza – e il grado di pressione ridotta – in modo che i nuclei dei vortici visibili siano ancora più probabili durante le virate. Se si è vicini a questi vortici, a volte possono anche essere udibili!

La maggior parte dell’aria che scorre dalla parte superiore di un’ala – ‘downwash’ – continua più o meno orizzontalmente verso l’impennaggio perché è bilanciata da un corrispondente upwash davanti al bordo d’attacco dell’ala. Al contrario, il movimento dell’aria verso l’alto che porta al “consolidamento” del vortice in punta è appena fuori dalla punta, mentre il corrispondente movimento verso il basso è appena all’estremità dell’apertura alare, così che la direzione netta del flusso d’aria oltre l’ala è verso il basso. La portanza creata dall’ala – che è per definizione ad angolo retto rispetto al flusso d’aria, è quindi leggermente inclinata all’indietro e quindi “contribuisce” alla resistenza – resistenza indotta.

Anche se ci deve essere sempre almeno un po’ di resistenza indotta perché le ali hanno uno spessore finito, la progettazione cerca, dove possibile, di ridurre questo flusso. Un’area alare richiesta può essere ottenuta usando diversi rapporti luce-corda dell’ala (aspect ratio). Più grande è il rapporto d’aspetto dell’ala, minore è il disturbo dell’aria all’estremità. Tuttavia, per la maggior parte dei velivoli, ci sono sia limiti pratici alla massima apertura alare per le manovre a terra, sia problemi strutturali che significano che alla fine, la penalità di peso per rafforzare adeguatamente un’ala lunga e sottile diventa eccessiva. Il fatto che gli aerei trasportino la maggior parte del loro carburante nelle ali è anche un fattore nella progettazione delle ali. I tipici rapporti d’aspetto degli aerei da trasporto sono compresi tra 6:1 e 10:1.

Altri modi per ridurre la resistenza indotta e la forza del vortice di punta in un progetto alare sono anche basati sulla riduzione della quantità di movimento dell’aria verso l’alto all’estremità dell’ala, puntando a generare relativamente più portanza lontano dalle punte. La rastremazione dell’ala verso la punta aiuta a questo scopo, così come la torsione dell’ala. Il Boeing 767 è un esempio di ala ritorta. L’ala interna è impostata ad un più alto angolo di attacco (AOA) rispetto all’ala esterna e quindi genera proporzionalmente più portanza mentre la punta, ad un angolo di attacco molto piccolo, ne genera molto poca. Anche le winglets (sharklets) sono diventate popolari, sia le solite versioni rovesciate che le vecchie versioni “wingtip fence” a due vie della serie Airbus A320. Le winglets ben progettate possono prevenire circa il 20% della fuoriuscita del flusso d’aria sulla punta – e quindi il 20% della resistenza indotta.

La resistenza indotta e i suoi vortici all’estremità dell’ala sono una conseguenza diretta della creazione di portanza da parte dell’ala. Poiché il coefficiente di portanza è grande quando l’angolo di attacco è grande, la resistenza indotta è inversamente proporzionale al quadrato della velocità, mentre tutte le altre resistenze sono direttamente proporzionali al quadrato della velocità. L’effetto di questo è che la resistenza indotta è relativamente poco importante ad alta velocità in crociera e in discesa, dove probabilmente rappresenta meno del 10% della resistenza totale. In salita, è più importante, rappresentando almeno il 20% della resistenza totale. Alle basse velocità subito dopo il decollo e nella salita iniziale, è di massima importanza e può produrre fino al 70% della resistenza totale. Infine, quando si guarda alla forza potenziale dei vortici alari, tutta questa teoria sulla resistenza indotta deve essere moderata dall’effetto del peso dell’aereo. La resistenza indotta aumenterà sempre con il peso dell’aereo.

SKYclip

Il seguente SKYclip affronta la questione dell’incontro in rotta con i vortici di scia.

• Propagazione e decadimento dei vortici di scia
• Dispositivi di riduzione della resistenza alare