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9 Ottobre 2024
15:37

Perché le ali degli aerei hanno le estremità curve? Cosa sono e a cosa servono le winglets

Le estremità alari chiamate "winglets" sono importanti per migliorare l'efficienza aerodinamica degli aerei. Andiamo a vedere cosa sono, cosa servono, perché alcuni aerei come il Boeing 787 e il 777 non le hanno e qual è la differenza con le "sharklets" degli aerei Airbus.

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Perché le ali degli aerei hanno le estremità curve? Cosa sono e a cosa servono le winglets
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Le ali degli aerei sono una parte fondamentale del design aerodinamico di ogni velivolo, e negli ultimi decenni le estremità alari chiamate winglets hanno acquisito un'importanza sempre maggiore nel migliorare l'efficienza aerodinamica degli aerei. Ma cosa sono esattamente le winglets, cosa le differenzia dalle sharklets utilizzate da Airbus, e perché alcuni aerei, come il Boeing 787 e il 777, non le hanno?

Cosa sono e a cosa servono le winglets, le alette d’estremità

Prima di scendere nel merito delle winglets è necessario raccontare in breve il concetto di portanza. Ogni volta che il profilo alare entra in contatto con l’aria in accelerazione le molecole d’aria seguiranno questo profilo creando due zone; una di bassa pressione sulla parte superiore e una di alta pressione sulla parte inferiore. Questa differenza di pressione crea la forza principale chiamata portanza che permette all'aereo di volare.

boomerang portanza profilo alare airfoil

Sulla punta delle ali, la differenza di pressione tra la parte superiore e quella inferiore dell'ala diventa particolarmente significativa. L'aria tende a muoversi naturalmente da una zona di alta pressione a una di bassa pressione per equalizzare la differenza. Questa interazione dei due flussi d'aria con pressioni diverse alla punta dell'ala dà origine a vortici di estremità alare (wingtip vortices). Questi sono delle spirali d'aria turbolente che si formano e si estendono verso l'esterno dalla punta dell'ala.

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I vortici di estremità alare possono essere visualizzati come dei "tornado" in miniatura che si avvitano dietro l'aereo mentre vola. Più l'aereo è grande e pesante, maggiore sarà l'intensità di questi vortici. In particolare durante il decollo e l'atterraggio, quando le ali generano la massima portanza a basse velocità, i vortici sono più forti. Per questo motivo si applicano delle distanza di sicurezza tra un aereo e l’altro per evitare che un aereo entri in contatto con questi tipi di turbolenze.

Con l’avanzare della tecnologia si è scoperto come le winglets, cioè delle estensioni verticali o angolate situate alle estremità delle ali, possono ridurre l’interazione di questi due flussi d’aria. Ciò limita la formazione dei vortici dell’estremità alare riducendo l'energia persa nei vortici turbolenti e aumentando l'efficienza complessiva del volo. Questa riduzione della resistenza permette all'aereo di consumare meno carburante, migliorando l'efficienza del volo e riducendo le emissioni di CO2. Le winglets, infatti, possono migliorare l'efficienza del carburante di un aereo dal 3% al 5%, a seconda del tipo di winglet e del profilo del volo.

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Qual è la differenza tra winglets e sharklets

Quando si parla di winglets e sharklets, ci si riferisce essenzialmente a due design simili, ma con alcune differenze distintive. Le winglets sono utilizzate principalmente dagli aerei Boeing, mentre le sharklets sono utilizzate dagli aerei Airbus. La differenza fondamentale tra i due termini sta nel design e nella filosofia di costruzione.

Winglets

Le winglets classiche sono generalmente curve o piegate verso l'alto. Sono state introdotte per la prima volta negli anni '80 e sono state utilizzate su una vasta gamma di velivoli, come il Boeing 737, 757 e 767. Alcuni modelli più avanzati, come il Boeing 737 MAX, utilizzano le "Split Scimitar Winglets", che hanno una doppia estensione: una rivolta verso l'alto e una verso il basso.

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Esempio di winglet. Credit: Premkudva

Sharklets

Le sharklets, introdotte da Airbus nel 2011, hanno una forma più angolare e ricordano una pinna di squalo, da cui prendono il nome. Sono progettate per ridurre ulteriormente la resistenza e migliorare l'efficienza del carburante, migliorando le prestazioni in decollo e in salita, oltre che durante la crociera.

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Sharklets utilizzate da Airbus.

Perché alcuni aerei non hanno le winglets

Una delle domande più frequenti riguarda il motivo per cui aerei moderni come il Boeing 787 Dreamliner e il 777 non presentano winglets o sharklets. La risposta risiede nel design aerodinamico avanzato delle loro ali. Queste infatti sono ali estremamente lunghe e sottili, con un elevato "aspect ratio" (rapporto tra lunghezza e corda dell'ala). Questo design riduce naturalmente la resistenza aerodinamica senza la necessità di winglets. Le ali del Boeing 787, per esempio, sono progettate per essere estremamente flessibili e possono piegarsi notevolmente, consentendo di gestire i vortici e la resistenza aerodinamica in modo efficace. Inoltre, il design delle ali è ottimizzato per lunghe distanze e alta efficienza di carburante, rendendo superfluo l'uso delle winglets.

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