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Dall'invenzione dell'aereo da parte dei fratelli Wright ad oggi, oltre alla potenza aeronautica, quasi ogni importante passo avanti nella tecnologia aeronautica è inseparabile dal lavoro sull'ala. Il primo e il più semplice è l'ala dritta. I bordi anteriore e posteriore dell'ala sono perpendicolari alla fusoliera e l'ala è larga dall'interno verso l'esterno. Un'ala di questo tipo ha una struttura semplice, è facile da produrre ed è più efficiente nel generare portanza, ma ha anche una maggiore resistenza aerodinamica. Il braccio del momento di portanza fa sì che la forza sulla radice dell'ala sia molto sfavorevole.

L'immagine sopra mostra l'ala dritta più semplice sull'ala.

Per bilanciare la distribuzione della portanza, migliorare la progettazione della forza dell'ala e ridurre il peso, l'ala diritta può essere rastremata, restringendosi gradualmente dall'interno verso l'esterno, per migliorare la distribuzione della portanza, in modo da generare più portanza vicino all'ala. radice dell'ala, accorciare il braccio di momento e ridurre lo stress della radice dell'ala. Piccoli aerei semplici e a bassa velocità possono utilizzare semplici ali dritte per ridurre i costi di produzione, ma la maggior parte degli aerei ad ala dritta con un po' più di inseguimento hanno un certo grado di rastremazione.

Anche le ali con una leggera rastremazione come il C-130 americano sono considerate ali dritte.

Un'ala dritta affusolata può avere il bordo d'attacco leggermente spostato all'indietro, o il bordo d'uscita leggermente spostato in avanti. C'è una leggera differenza aerodinamica tra i due, ma non cambia l'essenza di un'ala dritta. Quando la velocità aumenta notevolmente, lo svantaggio dell'elevata resistenza dell'ala diritta diventa più evidente, soprattutto quando la velocità è vicina alla velocità del suono.

La rastremazione può rendere il bordo d'attacco leggermente spostato all'indietro, come il DC-3

Puoi anche far sì che il bordo d'uscita sia leggermente spostato in avanti, come nel C-130

Perché quando un aereo si muove in avanti, esercita una pressione sull'aria davanti a sé, proprio come la prua di una nave spinge via le onde davanti a sé quando si muove in avanti. L'onda di pressione viene trasmessa strato dopo strato verso l'esterno alla velocità del suono, che è la linea di demarcazione delle proprietà dell'aria. Quando si vola a velocità subsoniche, l'aria davanti viene spinta dalle onde di pressione per allontanarsi dall'aereo verso entrambi i lati in modo ordinato. Tuttavia, quando l'aereo raggiunge la velocità del suono, non è più possibile che l'onda di pressione si precipiti davanti all'aereo e separi l'aria davanti ad esso su entrambi i lati in modo ordinato. Invece, le onde di pressione si stringono e diventano più dense, come un solido muro di pietra. Un aereo che viaggia a velocità transonica vola contro un grande muro di pietra invisibile. Non c'è da stupirsi che la resistenza aumenti. Questa è l'origine della barriera del suono.

Questo muro di pietra invisibile è anche chiamato onda d'urto

All'aumentare della velocità, la parte anteriore dell'onda d'urto assume la forma di un cono, l'angolo di inclinazione all'indietro del cono aumenta con l'aumento della velocità e l'aria dietro la parte anteriore ritorna alla velocità subsonica. Se l'ala dritta viene spostata indietro come l'ala di una rondine e "si nasconde" dietro il fronte d'urto causato dal muso, è possibile evitare la resistenza dell'onda d'urto causata dall'ala stessa.

Le superfici irregolari causano ulteriori onde d'urto oblique

Il tedesco Adolf Busmann propose l'ala a freccia negli anni '30, ma all'epoca non attirò l'attenzione della gente.

Naturalmente c'è anche la tecnologia nera del leggendario capo di stato.

Ma in realtà, l’effetto delle ali spazzate per evitare la resistenza dell’onda d’urto causata dall’ala stessa è già stato riflesso prima che la velocità dell’aereo raggiunga la velocità supersonica. L'ala genera portanza accelerando il flusso d'aria sulla superficie superiore per creare una differenza di velocità tra il flusso d'aria sulle superfici superiore e inferiore, che a sua volta si traduce in una differenza di pressione. A velocità subsoniche elevate, la velocità del flusso d'aria sulla superficie superiore dell'ala può superare la velocità del suono. Se viene utilizzata un'ala a freccia, il flusso d'aria in arrivo viene scomposto in una componente perpendicolare al bordo d'attacco dell'ala (componente normale) e una componente parallela al bordo d'attacco dell'ala (componente della direzione dell'apertura) in base all'angolo di spazzata. La componente normale genera portanza, mentre la componente direzione campata. Le componenti non producono portanza. Quando l'angolo di spazzata è uguale a zero, la componente normale è uguale al flusso d'aria in arrivo; maggiore è l'angolo di spazzata, minore è la componente normale; Vale a dire, utilizzando un angolo di spazzata appropriato, il flusso d'aria sulla superficie superiore dell'ala di un aereo ad alto subsonico può essere ridotto al di sotto della velocità del suono nella direzione normale per evitare la resistenza dell'onda d'urto.

L'angolo dell'onda d'urto obliqua è maggiore dell'angolo di rotazione del piano. Questa è la relazione tra i due.

Lo spostamento alare provoca la scomposizione della componente di velocità nelle direzioni dell'apertura alare e normale. La componente normale è inferiore alla velocità originale, il che ritarda la generazione delle onde d'urto.

Le ali a freccia sono ampiamente utilizzate su aerei transonici (0,8-1,2 volte la velocità della gamma del suono) e ad alto subsonico, come il caccia J-6 e vari aerei passeggeri Boeing e Airbus

Il MiG-15 e l'F-86 sono la prima generazione di aerei da combattimento ad adottare ali a freccia. Entrambi sono aerei da combattimento subsonici.

Il "Lightning" britannico, l'F-100 americano e il MiG-19 sovietico sono la prima generazione di caccia supersonici ad ala spazzata.

A parità di apertura alare, l'ala delta ha un'area alare maggiore e una maggiore portanza; la radice dell'ala è più lunga, minore è il rinforzo strutturale necessario e il peso è più leggero a parità di area alare. Le caratteristiche di resistenza di un'ala, d'altra parte, sono determinate dallo spessore relativo, che è il rapporto tra lo spessore effettivo dell'ala e la sua lunghezza della corda (la distanza tra i bordi d'attacco e d'uscita dell'ala). Lo spessore effettivo e la lunghezza della corda dell'ala variano con le diverse posizioni dell'apertura alare, quindi viene generalmente utilizzato il rapporto tra spessore e lunghezza della corda a 1/4 di apertura alare. L'ala delta ha una corda più lunga e, sebbene lo spessore relativo rimanga invariato, lo spessore effettivo è più spesso, il che non solo semplifica la progettazione strutturale e la produzione, ed è vantaggioso per la riduzione del peso, ma aumenta anche il volume interno dell'ala, il che è vantaggioso aumentare la capacità di carburante nell'aereo.

F-106 americano

Dopo gli anni '50, sempre meno aerei supersonici utilizzavano grandi ali a freccia e la maggior parte utilizzava ali a delta. Il J-8II e il J-10 sono entrambi ali delta, e anche il "Typhoon", il "Rafale" e il "Grippen" europei sono ali delta.

J-8IIM

Modello J-10A

tifone

raffica

E...la gloria del terzo fratello Hindustan...

La prossima è l'ala trapezoidale, ma l'ala delta non domina il mondo. Quando si vola a velocità supersonica, le ali possono evitare la resistenza dell'onda d'urto "nascondendosi" dietro la parte anteriore del cono d'urto. In altre parole, anche un’ala con un’apertura alare più corta può ottenere una riduzione della resistenza aerodinamica. Per massimizzare l'area dell'ala e garantire una portanza sufficiente, la lunghezza della corda dell'ala può essere aumentata, oppure il bordo d'uscita diritto può anche essere spostato in avanti per formare un'ala trapezoidale tozza. Le ali a freccia si basano sull'angolo di spazzata per ridurre la resistenza, ma un ampio angolo di spazzata porta una grande componente in larghezza, causando una perdita di portanza. Soprattutto a basse velocità, un ampio angolo di spazzata fa sì che gran parte del flusso d'aria in arrivo "scivoli via". Se cade, causerà il problema di una portanza insufficiente alle basse velocità. Pertanto, le velocità di decollo e atterraggio dei grandi aerei ad ala spazzata sono generalmente relativamente elevate e la manovrabilità non è abbastanza buona.

L'ala delta ha lo stesso problema. Al contrario, le ali trapezoidali non si basano sull'angolo di spazzata per ridurre la resistenza, quindi l'angolo di spazzata del bordo d'attacco dell'ala può essere più piccolo, il che è più vicino per natura a un'ala diritta con la stessa apertura alare e ha una portanza migliore. Tuttavia, l'apertura alare dell'ala trapezoidale è limitata, quindi il risultato finale non è necessariamente migliore di un'ala a freccia larga o di un'ala a delta.

L'aeronautica militare pakistana è equipaggiata anche con il J-6 ad ala a freccia, l'F-104 ad ala trapezoidale e il Mirage III con ala a delta. Questa immagine mostra meglio le caratteristiche dei tre contemporaneamente.

Rispetto all'ala delta, l'ala trapezoidale viene utilizzata meno spesso, ma ci sono ancora alcuni fedeli sostenitori, in particolare l'F-5 e l'F-18 sono entrambi ali trapezoidali. Anche l'F-104 della Lockheed ha un'ala trapezoidale, ma l'F-22 è andato oltre la tradizionale ala trapezoidale e si trova a metà tra un'ala trapezoidale e un'ala delta.

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