La velocitá minima di sostentamento di un velivolo é funzione del carico alare. Piú esattamente, é proporzionale alla radice quadrata del carico alare. Questo significa che se raddoppio il carico alare, aumento del 40% circa la velocitá minima di sostentamento; se lo dimezzo, diminuisco allora la velocitá minima del 30% circa.
Un altro fattore che mi diminuisce la velocitá minima di sostentamento sono gli ipersostentatori alari. Ció in quanto il profilo viene modificato e il coefficiente di portanza massimo aumenta.
Nei primi aerei costruiti non esistevano ipersostentatori. Decollavano e atterravano su prati erbosi, e la necessitá di limitare la velocitá imponeva quindi la diminuzione del carico alare. Per diminuire il carico alare, a paritá di peso del velivolo, bisogna ovviamente aumentare la superficie alare.
Per aumentare la superficie alare si deve aumentare l'apertura alare e/o la corda dell'ala. Peró abbiamo un vincolo sulla geomatria dell'ala. Non possiamo variare a piacimento indipendentemente l'apertura e la corda. Questi due parametri sono legati tra loro nella definizione di allungamento alare. L'allungamento alare é il rapporto tra i due; geometricamente, l'allungamento mi dice quanto un'ala é "snella". A titolo di esempio, un'ala di aliante possiede un elevato valore di allungamento, mentre un F-16 un valore basso.
Un elevato allungamento mi riduce la resistenza indotta dell'ala. Questo puó essere intuitivamente pensato come dovuto al fatto che i vortici di estremitá influiscono di meno se disponiamo di un'apertura piú grande, che ha effetto positivo.
Quindi i nostri pionieri del volo avevano l'esigenza di aumentare sia la superficie alare sia l'allungamento alare. Geometricamente, questo risulta in un'ala di grande apertura.
Ma i nostri pionieri non potevano progettare un'ala di grande apertura; e ció per diversi motivi. Il primo motivo é che i materiali erano legno e tela. E questi materiali non potevano resistere alle sollecitazioni flettenti della radice dell'ala. Per vedere dei monoplani, a parte alcune poche eccezioni, bisogna aspettare gli aerei costruiti in metallo.
Un altro motivo per cui non potevano aumentare l'apertura alare é che decollo e atterraggio sui campi erbosi (pensate alle buche!) diventavano difficilotti. Se poi gli aerei erano militari, la manovrabilitá in rollio di un'ala di grande apertura sarebbe stata troppo scarsa.
La soluzione evidente é stata quindi quella di tagliare l'ala in due o tre parti, e fare biplani o triplani, che atterravano adagio ed erano molto manovrabili in rollio. Con l'avvento della tecnologia dell'ala metallica, l'esigenza del biplano é sparita e si sono costruiti solo monoplani. Comunque, ancora oggi, in certi casi, per costruire un aereo leggero e manovrabile, magari acrobatico, si puó scegliere il biplano.
Ora, come chiede Slowly, perché non facciamo un 737 biplano?
Con gli aerei a reazione l'esigenza di diminuire il carico alare che portava al disegno del biplano é non solo ridotta, ma addirittura ha cambiato di segno. Se consideriamo i velivoli da trasporto a reazione, ci sono cioé almeno due buoni motivi per i quali conviene aumentare il carico alare invece di ridurlo: 1) l'autonomia 2) la turbolenza
L'autonomia di un velivolo da trasporto a reazione é un parametro essenziale per ridurre i costi. L'autonomia nel velivolo a reazione é proporzionale alla radice quadrata del carico alare. Se raddoppio il carico alare, aumento del 40% circa l'autonomia. Di qui si vede il grande vantaggio di avere un elevato carico alare (ovviamente questo elevato carico alare impone l'utilizzo di ipersostentatori molto efficaci per ridurre le velocitá minime). Tra parentesi, nel caso del velivolo a elica questa proporzionalitá tra autonomia e carico alare non esiste.
Il fattore di carico (i "g") che si prende la struttura (e i passeggeri!) a seguito di raffica verticale é proporzionale al reciproco del carico alare. Se raddoppio il carico alare, dimezzo le sollecitazioni verticali dovute alle turbolenze.
Di qui si vede che un altro vantaggio del carico alare elevato é che possiamo aumentare la vita a fatica della struttura e, in aggiunta, fornire un comfort migliore ai passeggeri.
Non ultimo, come detto sopra, non dimentichiamo che le due ali di un biplano possiedono quattro estremitá che mi generano vortici, mentre con un'ala sola di vortici ne abbiamo due soli. Il velivolo monoplano quindi, a paritá di altre condizioni, ha meno resistenza aerodinamica indotta e quindi consuma meno.
L'apparente aumento della sicurezza, dato dal fatto che con due ali introduciamo una ridondanza rispetto al caso monoplano, é trascurabile. La probabilitá che un'ala di monoplano si rompa alla radice é mantenuta sufficientemente bassa da due fattori di progetto: il "safe-life" e/o il "fail-safe". Il criterio safe life mi impone delle ispezioni periodiche a frequenze tali da rilevare una cricca prima che abbia raggiunto dimensioni pericolose. Il criterio fail-safe mi impone un progetto strutturale tale per cui la rottura singola di un elemento non provochi il collasso di tutti gli elementi.
Conclusione: facciamo pure un 737 biplano, ma prepariamoci a consumare piú carburante.
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