Componenti principali del motore Fiat AS.6

I motori radiali e in linea sono due configurazioni diverse di motori a combustione interna, ciascuna con le proprie caratteristiche e vantaggi. Ecco una spiegazione di entrambi:

Motori Radiali:

Struttura: I cilindri sono disposti in cerchio attorno all'albero motore, come i raggi di una ruota.

Aspetto: Assomigliano a una stella, da cui il nome alternativo "motori stellari".

Vantaggi:

1. • Eccellente raffreddamento ad aria

   • Compatti in lunghezza

   • Alta potenza in rapporto al peso

Uso in aeronautica: Molto popolari negli aerei dal 1920 fino agli anni '40, specialmente nei caccia e bombardieri della Seconda Guerra Mondiale.

Esempi: Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp, usato nel B-24 Liberator.

Motori in Linea:

Struttura: I cilindri sono allineati in una singola fila lungo l'albero motore.

Aspetto: Più simili ai motori automobilistici moderni.

Vantaggi:

1. • Profilo aerodinamico più sottile

   • Migliore visibilità per il pilota (nei caccia)

   • Potenzialmente più efficienti a certe altitudini

Uso in aeronautica: Comuni negli aerei da caccia di molti paesi durante la Seconda Guerra Mondiale, specialmente in Europa.

Esempi: Rolls-Royce Merlin, famoso per il suo uso nello Spitfire e nel Mustang P-51.

Entrambi i tipi di motore hanno avuto un ruolo cruciale nell'evoluzione dell'aviazione, ciascuno con i propri punti di forza. I motori radiali erano apprezzati per la loro affidabilità e potenza, mentre quelli in linea offrivano vantaggi in termini di aerodinamica e design del velivolo. La scelta tra i due dipendeva spesso dalle specifiche esigenze del tipo di aereo e dalle preferenze dei progettisti.

CARATTERISTICHE DELLE PARTI MECCANICHE DI UN MOTORE A REAZIONE

LE COMPONENTI DI UN AEREO

• Ala degli aeroplani costituita da due semiali ha una superficie superiore curva e una superficie inferiore più piatta, creando quello che viene definito “profilo aerodinamico”. Questo influisce sulla velocità dell’aereo, perché genera più o meno resistenza all’aria: infatti perché un aereo possa volare si deve generare una forza che possa equilibrarne il peso e quindi tenerlo in aria (portanza). Ricordiamo che l'ala produce delle forze quando possiede una velocità relativa rispetto al fluido in cui è immersa.

• Velocità Relativa: fra un fluido come l'aria e un corpo immerso, nel caso degli aeroplani si considera in movimento sia il fluido che il corpo, considerato che l'aria è sempre in movimento nell'atmosfera terrestre.

• I flaps sono quella parte mobile posta sui bordi posteriori delle ali che serve ad aumentarne la curvatura e quindi la portanza alle basse velocità: per questo vengono utilizzati soprattutto in fase di decollo e di atterraggio. 

• Gli slat sono superfici mobili sul bordo d'attacco (parte anteriore) delle ali degli aerei. Si estendono in avanti e verso il basso durante il decollo e l'atterraggio, creando uno spazio tra lo slat e l'ala principale. Questo sistema aumenta la portanza, permette all'aereo di volare a velocità più basse senza stallare, è fondamentale durante decollo e atterraggio.

• La fusoliera: ha la funzione di collegare l'ala allo stabilizzatore, è il corpo dell’aeromobile che contiene l’equipaggio e il carico: gli aerei di linea si distinguono per la grandezza della fusoliera, che ospita la cabina dei passeggeri. Ci sono infatti modelli che hanno una fusoliera stretta, perché hanno un solo corridoio o aerei con fusoliera larga e dunque più di un corridoio o addirittura più di un piano. 

• L’impennaggio è invece la coda dell’aereo: ha una funzione stabilizzatrice sul velivolo e ne permette le manovre. È composta di norma da due piani, uno orizzontale, che è costituito a sua volta da stabilizzatore e equilibratore, e uno verticale, diviso tra deriva e timone. 

• Il Timone di direzione verticale consente di variare la rotta verso destra o sinistra. 

• L'Elica è azionata dal motore e determina la spinta dell'aereo "avvitandosi" nel'aria.

• Carlinga ospita il pilota

FORMULA 1

ALETTONI: Gli alettoni rappresentano l'emblema più visibile e riconoscibile dell'ingegneria aerodinamica nelle auto da competizione. Sono dispositivi che sfidano la logica tradizionale dell'aerodinamica, utilizzando profili alari "capovolti" per generare una forza che invece di sollevare, schiaccia letteralmente la vettura verso l'asfalto.

Strategicamente posizionati davanti all'asse anteriore e dietro l'asse posteriore, gli alettoni sono molto più di semplici componenti estetici. Sono veri e propri strumenti di precisione ingegneristica, progettati per manipolare i flussi d'aria con un'accuratezza millimetrica. La loro funzione primaria è generare carico aerodinamico, un concetto che nei veicoli da competizione si traduce in maggiore aderenza, stabilità e velocità in curva.

Tuttavia, questa capacità di generare deportanza non è gratuita. Ogni newton di forza verso il basso viene "pagato" con un aumento della resistenza all'avanzamento. È qui che risiede la vera sfida per i progettisti: trovare il punto di equilibrio perfetto tra carico aerodinamico e efficienza, dove il guadagno in curva non venga vanificato dalla perdita di velocità in rettilineo.

I profili degli alettoni sono risultato di calcoli complessi, simulazioni computerizzate e test in galleria del vento. Ogni curvatura, ogni millimetro di superficie viene studiato per ottimizzare il flusso d'aria. Le ali anteriori, più piccole e intricate, hanno il compito di preparare l'aria per il passaggio successivo, mentre quelle posteriori generano il carico principale, "sigillando" l'aerodinamica della vettura.

Con l'evoluzione dei regolamenti, gli alettoni sono diventati sempre più raffinati. Da componenti relativamente semplici degli anni '70, sono oggi sistemi estremamente complessi, con elementi mobili come il DRS (Drag Reduction System) che permettono di variare istantaneamente le loro caratteristiche aerodinamiche.

La loro complessità riflette una verità fondamentale delle corse: in Formula Uno, l'aerodinamica non è solo scienza, ma un'arte che trasforma principi fisici in prestazioni di guida. Gli alettoni sono i pennelli con cui gli ingegneri dipingono la loro visione di velocità.

DEPORTANZA: La deportanza rappresenta uno dei concetti più raffinati e cruciali nell'ingegneria delle auto da competizione, in particolare nella Formula 1. È un fenomeno fisico che capovolge la logica tradizionale dell'aerodinamica: invece di generare una forza che solleva, viene creata una spinta verticale rivolta verso il basso, letteralmente "schiacciando" la vettura contro l'asfalto.

Questo principio fondamentale nasce dall'esigenza di massimizzare l'aderenza in curva, permettendo alle vetture di raggiungere velocità altrimenti impossibili. L'obiettivo è semplice ma estremamente complesso da realizzare: aumentare la pressione tra gli pneumatici e la pista, riducendo di fatto il rischio di slittamento e permettendo traiettorie più veloci e precise.

I dispositivi per generare deportanza sono molteplici e rappresentano il cuore della ricerca aerodinamica: alettoni anteriori e posteriori, che modellano il flusso d'aria; paratie laterali che gestiscono la turbolenza; bargeboards che indirizzano i flussi; un fondo vettura accuratamente sagomato che accelera l'aria sotto la macchina; estrattori che completano l'effetto deportante.

La vera sfida ingegneristica risiede nel rapporto dialettico tra deportanza e resistenza all'avanzamento. Ogni incremento di carico aerodinamico deve essere strategicamente calibrato per non compromettere la velocità di punta nei rettilinei. Un'eccessiva deportanza genererebbe un guadagno in curva immediatamente controbilanciato da una perdita in rettilineo, vanificando l'intero progetto.

Questo equilibrio sottile richiede simulazioni computazionali estremamente complesse, dove ogni millimetro di superficie viene progettato con precisione chirurgica. I team di ingegneri lavorano come scultori invisibili, modellando flussi d'aria come fossero materiali plastici, cercando quella configurazione che permetta la massima deportanza con la minima penalizzazione in termini di resistenza.

La deportanza non è solo una questione tecnica, ma rappresenta la filosofia stessa delle corse: la capacità di trasformare principi fisici apparentemente contraddittori in opportunità di prestazione, dove l'innovazione diventa l'unica vera risorsa per superare i limiti apparentemente invalicabili della velocità.

MINIGONNE: Le minigonne rappresentano un capitolo affascinante nella storia tecnologica della Formula 1, un esempio emblematico di come l'innovazione tecnica possa rivoluzionare le prestazioni dei veicoli da competizione, ma anche sollevare complesse questioni di sicurezza.

Questi elementi aerodinamici nacquero nel contesto rivoluzionario degli anni '70, quando i progettisti iniziarono a esplorare modalità sempre più sofisticate per migliorare l'aderenza delle vetture alla pista. Montate lateralmente alla carrozzeria, molto vicine al suolo, le minigonne avevano un obiettivo preciso: controllare e ottimizzare il flusso d'aria.

Il loro principio di funzionamento era ingenioso: guidare l'aria sotto e intorno alla vettura, riducendo significativamente la turbolenza e massimizzando l'effetto suolo. Questo meccanismo generava un incremento straordinario dell'aderenza, permettendo alle auto di raggiungere velocità in curva fino ad allora inimmaginabili. Le vetture sembravano letteralmente "incollate" all'asfalto, sfidando le leggi tradizionali della fisica automobilistica.

Tuttavia, questa straordinaria efficacia nascondeva rischi considerevoli. L'aumento delle prestazioni era talmente significativo che le auto divennero estremamente veloci e, soprattutto, difficilissime da controllare. Un guasto meccanico o un minimo cedimento poteva trasformarsi in una situazione di pericolo estremo per il pilota. Se l'auto si sollevava per un qualsiasi motivo, l'improvvisa mancanza di effetto suolo la faceva decollare. 

La Federazione Internazionale dell'Automobile (FIA), organo deputato a regolare le competizioni motoristiche, non poté ignorare questi rischi. Nel 1981, dopo un'attenta valutazione dei pericoli, decretò il divieto delle minigonne, sancendo la fine di una delle più ardite soluzioni tecniche nella storia delle corse automobilistiche.

Quella delle minigonne rimane una pagina esemplare di come l'innovazione tecnica, nel motorsport, sia sempre un delicato equilibrio tra progresso tecnologico, prestazioni e sicurezza.

VISCOSITA': rappresenta una resistenza osservata nei fluidi reali dovuta ad una forma d’attrito interno, detta viscosità, fra strati adiacenti di fluido, che si oppone allo scorrimento dell’uno sull’altro. 

Quando guidiamo un'auto, notiamo che per viaggiare a velocità più alte dobbiamo premere di più l'acceleratore e consumiamo più carburante. Questo accade perché l'attrito con l'aria aumenta e il motore deve lavorare di più per vincerlo.

L'attrito che si genera non dipende solo dalla velocità, ma anche dal tipo di fluido attraversato, dalla forma dell'oggetto in movimento e dalle sue dimensioni.

Se un oggetto ha una forma studiata secondo i principi dell' aerodinamica, si  generano meno turbolenze nell'aria e quindi incontra meno resistenza.

In figura si rappresenta il grafico forza di attrito viscoso-velocità (Fv-v) per un'automobile che parte da ferma e accelera lungo il rettilineo. 

FISICA DEL VOLO

ANGOLO DI INCIDENZA: quando parliamo di forze aerodinamiche, il fattore chiave è l'angolo che si crea tra il flusso dell'aria e la linea immaginaria che attraversa l'ala dalla parte anteriore a quella posteriore. Questo angolo, chiamato tecnicamente angolo d'attacco, è determinante per il sollevamento dell'aereo. La spinta verso l'alto cresce in modo direttamente proporzionale con l'aumentare di questo angolo, finché non si avvicina a un punto critico di stallo. Un dettaglio interessante: le ali dal design asimmetrico riescono a generare spinta anche quando sono perfettamente allineate con il flusso d'aria, mentre quelle dalla forma simmetrica in questa posizione non producono alcuna forza ascensionale. 

CENTRO DI PRESSIONE: Il punto d’applicazione della forza aerodinamica totale Fa , dove questa incontra la corda alare è chiamato centro di pressione. Rispetto al centro di pressione il momento aerodinamico  M=0, anche se il centro di pressione si sposta variando l'angolo di incidenza.

INFLESSIONE: Flusso d'aria che si inarca leggermente verso l'alto, poco prima di raggiungere il bordo di attacco di un'ala (A).

DEFLESSIONE: Flusso d'aria che abbandona il bordo d'uscita di un'ala, notevolmente deviato verso il basso (P).

PORTANZA (L)  DI UN'ALA: componente della forza aerodinamica FA normale (perpendicolare) alla velocità indisturbata dell’aria V. 

Si può sperimentare l'effetto della portanza o deportanza immaginando di osservare una tavoletta investita da un flusso d'aria posta orizzontalmente (A), inclinata verso destra (B), inclinata verso sinistra(C). Nella Fig. A la portanza è nulla, nella Fig. B si parla di deportanza perchè la componente della forza aerodinamica F, ortogonale al vento relativo è rivolta verso il basso, nella Fig. C si ha una portanza diversa da zero e rivolta verso l'alto come quella esercitata sull'ala di un aereo.

RESISTENZA (D) DI UN'ALA: componente della forza aerodinamica FA parallela alla velocità indisturbata dell’aria V. 

MOMENTO AERODINAMICO (M) DI UN'ALA: rispetto ad un punto, il momento risultante di tutte le forze aerodinamiche distribuite sulla superficie del corpo. 

AEROSTATO: mongolfiere, palloncini aerostatici, dirigibili; per questi corpi esiste la forza di sostentazione "statica" basata sul principio di Archimede(un corpo più leggero dell'aria galleggia).

AERODINE: aeromobili più pesanti dell'aria; per questi corpi esiste un organo  che produce una sostentazione "aerodinamica" cioè basata sull'accelerazione di una massa d'aria. Distinguiamo aeromobili con ali fisse, propulsi, noti come aeroplani e aeromobili con ali rotanti, azionate da motori, noti come elicotteri.

SOSTENTAZIONE DINAMICA: si ha tutte le volte che ci troviamo in presenza di un "vento relativo". Tutte le volte che un aereo si muove, il flusso d'aria che lambisce il corpo è deflesso dal corpo stesso attraverso l'ala, si ha una accelerazione dell'aria verso il basso e conseguente nascita di una forza aerodinamica verso l'alto "portanza"per il principio di azione e reazione.

AZIONE DELL'ALA: la curvatura e lo spessore del profilo alare aumentano la deflessione dell'aria verso il basso, aumentando la reazione dell'aria deflessa sull'ala (portanza) per il principio di azione e reazione.

PROPULSIONE O SPINTA: forza che si oppone alla resistenza dell'aria.

RESISTENZA E PORTANZA: azioni generate dall'aria su un corpo e sono proporzionali al quadrato della velocità del corpo.

LE QUATTRO FORZE DEL VOLO: propulsione (spinta), resistenza, portanza generata dall'ala, peso.

ROTORE IN UN ELICOTTERO: in un elicottero il rotore ha la duplice funzione di organo sostentatore (portanza) e di organo propulsore. Il rotore è formato da pale e produce una forza di trazione  T che si oppone alla resistenza del velivolo(aria) e al peso

UAV: velivoli non abitati, senza pilota a bordo.

ALIANTE: aeromobile con ali fisse, non propulso.Nel 1891 il tedesco Otto Lilienthal inventa un aliante, l'antenato del'aereo.

AEROPLANI: aeromobile con ali fisse, propulso.Nel 1903 i fratelli Wright aggiunsero all'aliante un motore a scoppio e nacque l'aereo.

EFFETTO MAGNUS: L'effetto Magnus, che rappresenta un'ulteriore manifestazione del principio di Bernoulli, descrive un fenomeno fisico particolare: quando un oggetto sferico o cilindrico si muove nell'aria compiendo contemporaneamente un movimento rotatorio, si genera una forza che ne modifica la traiettoria. Questo accade perché la rotazione dell'oggetto crea una differenza di velocità dell'aria sui suoi lati: sul lato dove il movimento rotatorio va nella stessa direzione del flusso d'aria, la velocità aumenta, mentre sul lato opposto, dove la rotazione contrasta il flusso, la velocità diminuisce. Tale differenza di velocità, proprio come accade in un'ala d'aereo, genera una forza di portanza che spinge l'oggetto lateralmente. 

EFFETTO COANDA: Il fenomeno si verifica grazie alla tendenza dei fluidi ad aderire alle superfici dei corpi solidi che incontrano nel loro percorso. Tale comportamento, noto come "effetto Coanda", è causato dalle forze di attrito che si sviluppano nell'interazione tra il fluido e la superficie dell'oggetto. Questo fenomeno si verifica a condizione che l'angolo di curvatura della superficie o l'angolo con cui il fluido la incontra non siano eccessivamente pronunciati.

Il meccanismo alla base di questo comportamento si può spiegare attraverso tre fenomeni interconnessi:

• L'interazione con la superficie: il fluido, scorrendo sulla superficie, subisce una forza d'attrito. Questa forza agisce esclusivamente sullo strato di fluido che è direttamente in contatto con la superficie.

• La stratificazione delle velocità: gli strati di fluido più distanti dalla superficie, non essendo direttamente influenzati dall'attrito, mantengono una velocità maggiore rispetto allo strato a contatto con la superficie.

• L'effetto della viscosità: la viscosità, agendo come una forza di coesione tra i diversi strati del fluido, causa un particolare comportamento: gli strati superiori, che si muovono più velocemente, tendono a curvarsi verso gli strati inferiori più lenti. Questo movimento determina l'aderenza del fluido alla superficie. 

ALA: La portanza, forza necessaria per contrastare il peso e mantenere il velivolo in volo, viene generata da una superficie chiamata ala. La configurazione più comune negli aerei moderni è quella monoplano, caratterizzata da un'unica ala divisa in due parti simmetriche: la semiala destra e la semiala sinistra. Nel corso della storia dell'aviazione sono stati sviluppati velivoli come i biplani e i triplani, che utilizzano due o tre piani alari sovrapposti. 

STALLO: si ha lo stallo quando aumentando l'angolo di incidenza il coefficiente di portanza CL non aumenta, anzi comincia a diminuire, aumentando il coefficiente di resistenza dell'ala. Tutto questo accade perchè la depressione sul dorso del profilo alare comincia ad aspirare aria dal ventre, riducendo la superficie alare che produce portanza e  aumentando la vorticosità della scia che produce resistenza.

RESISTENZA INDOTTA: si produce alle estremità alari in quanto l'aria del ventre viene aspirata dalla depressione del dorso generando vortici che aumentano la resistenza. Essa è maggiore della resistenza di forma del profilo alare che pur variando, varia in misura minore rispetto a quella indotta. Si chiama resitenza indotta perchè è legata alla produzione di portanza.

REGIME SUBSONICO: si parla di regime subsonico quando il nostro velivolo viaggia  a basse velocità, inferiori a quelle di propagazione del suono. Il queste condizioni l'aria può essere considerata come un fluido incomprimibile; le cose cambiano quando il velivolo si muove a velocità vicine a quelle di propagazione del suono, in cui l'aria si comporta come un fluido comprimibile e si parla di regime supersonico.

Strato limite: Lo strato limite rappresenta lo strato sottile di fluido adiacente alla superficie del corpo, caratterizzato da una rapida diminuzione della velocità delle particelle fino ad annullarsi a contatto con la superficie. Il flusso esterno identifica la porzione di flusso contigua allo strato limite, sufficientemente distante dalla superficie corporea.

La viscosità del fluido governa il fenomeno dell'attrito tra particelle in movimento. Nel flusso esterno, dove le velocità sono pressoché uniformi, l'attrito risulta trascurabile. Diversamente, nello strato limite, le significative differenze di velocità rendono l'attrito e la viscosità elementi non eliminabili dall'analisi.

Un aspetto interessante riguarda la pressione, che risulta identica nel punto di separazione dello strato limite e nel punto di contatto con la superficie. Ciò consente di calcolare la pressione superficiale trascurando lo strato limite, con una approssimazione accettabile data l'esiguità dello strato rispetto alle dimensioni complessive del corpo.

Questa analisi conduce a una distinzione metodologica: le equazioni del flusso esterno, prive di considerazioni sulla viscosità, permettono di determinare la distribuzione di pressione e calcolare forze come portanza e momento; le equazioni del flusso di strato limite, che includono la viscosità, consentono invece di quantificare la resistenza del corpo.

Lo strato limite può essere di tipo: 

• laminare: le lamine fluide seguono il contorno della superficie solida

• turbolento: le lamine fluide seguono linee e traiettorie non più lineari e stazionarie, generando la formazione di turbolenze, distacchi e gorghi

L'ala mantiene la sua funzione portante fintanto che il flusso rimane laminare, caratterizzato da una distribuzione ordinata delle particelle d'aria disposte in strati che non interferiscono tra loro. La laminarità si manifesta attraverso un gradiente di velocità positivo: le particelle più prossime all'ala sono pressoché immobili e, per effetto della viscosità, rallentano le particelle dello strato immediatamente superiore, le quali avranno una velocità minima. Questo processo si ripete negli strati successivi, con velocità progressivamente crescenti.

All'aumentare dell'angolo di incidenza, lo strato limite si innalza fino a un punto in cui la viscosità non riesce più a garantire la laminarità. Si genera così il flusso turbolento, dove le particelle degli strati superiori collassano, interferendo con gli strati sottostanti e generando vortici che disgregano lo strato limite, annullandone l'effetto benefico.

Il distacco può verificarsi sia dal bordo d'attacco sia dal bordo di uscita dell'ala, con quest'ultima evenienza particolarmente critica poiché meno progressiva e responsabile di una resistenza di scia significativamente maggiore.

Lo stallo si verifica quando questo punto di aderenza si sposta eccessivamente verso il bordo d'attacco a causa dell'aumento dell'angolo d'incidenza. Quando ciò accade, gran parte del dorso alare rimane "scoperto", il centro di pressione arretra e si verifica una drastica riduzione della portanza.