Volare pt. 2 - Volo battuto

Nel post di questa settimana parleremo di volo battuto, ossia la tecnica di volo usata dagli uccelli. Per realizzare il volo battuto è necessaria una superficie di sostentamento in grado di muoversi, l’ala. Il movimento di questa superficie deve essere in grado di sviluppare sia una forza di sostentamento, la portanza, che permette al pennuto in questione di mantenersi in volo, sia una forza di trazione, che gli permette di muoversi e avanzare. Il movimento più importante è il cosiddetto ‘downstroke’, ossia la fase di movimento dell’ala discendente. In questa fase è fondamentale che l'ala sia inclinata, così che la forza di portanza fornita dal movimento possa spingere l'uccello in avanti, oltre che tenerlo in volo.

(Immagine tratta dalla Tesi "Studio aerodinamico preliminare di un UAV ad ala battente", dettagli in fondo alla pagina)

Nell’immagine la scomposizione della forza (K) generata dal downstroke. La componente L (lift, ossia portanza) compensa il peso mentre la componente T (Thrust, ossia spinta) fornisce trazione. Questa forza è intermittente poiché presente solo nel downstroke e non nella fase in cui l'ala viene riportata in alto e di conseguenza genera una traiettoria non rettilinea ma sinusoidale:

(Immagine tratta dalla Tesi "Studio aerodinamico preliminare di un UAV ad ala battente", dettagli in fondo alla pagina)

La traiettoria fa dei leggeri saliscendi coordinati con il movimento alare.

La tecnica di volo degli uccelli è molto interessante, vediamo ora un breve confronto con quella degli aerei, che vedremo più nel dettaglio nei prossimi articoli.

La stragrande maggioranza degli aerei ha due superfici alari: un'ala principale e un secondo impennaggio orizzontale che funge da equilibratore (la cosiddetta "coda" degli aerei). Infatti, avere solamente l'ala principale sarebbe un po’ come cercare di rimanere in equilibrio su un solo punto: impossibile nella pratica per un corpo rigido quale è un aereo.

Gli uccelli invece riescono a mantenere sia l’equilibrio che la stabilità anche con una sola superficie aerodinamica. Infatti grazie alla muscolatura e alla flessibilità sono in grado di modificare la forma dell'ala così da essere sempre in equilibrio.

Nell'immagine il confronto tra un falco pellegrino e un B-2. Il B-2 è uno dei pochi aerei esistenti con un'unica superficie alare, per controllare il proprio volo sfrutta dei sistemi che modificano forma e dimensioni di questa ala oltre alla posizione del baricentro spostando il combustibile tra diversi serbatoi. Incredibile notare la somiglianza di profilo, la natura e lo sviluppo tecnologico umano vanno sovente a trovare le stesse soluzioni ai problemi aerodinamici, come in questo caso.

Leonardo Da Vinci aveva studiato a lungo il volo degli uccelli e aveva progettato velivoli che sfruttassero il principio del volo battuto. Sfortunatamente però il volo battuto è una tecnica molto difficile da realizzare con tecnologie non biologiche, ed è anche sconveniente. Un aeromobile ad ala fissa infatti, proprio grazie all’assenza di parti in movimento e all’uso di propulsori, può raggiungere velocità nettamente maggiori di qualunque pennuto, e anche le efficienze aerodinamiche possono essere più elevate. La strada presa da Leonardo era quindi poco favorevole, infatti i suoi progetti ispirati agli uccelli erano completamente irrealizzabili all'epoca. Ancora oggi un velivolo di costruzione umana che usi il principio del volo battuto è molto difficile da ottenere.

Nell'immagine un progetto di aeromobile di Leonardo da Vinci

Il volo in formazione è un altro argomento molto interessante. L’uso delle formazioni permette a ogni uccello di sfruttare il calo di resistenza all’avanzamento offerto dal vortice di quello che lo precede. Il primo uccello della formazione farà più fatica, ma verrà periodicamente sostituito e potrà riposarsi mettendosi in scia. Strategie simili vengono usate anche da squadroni di aerei militari per migliorare le prestazioni in crociera e per coordinare lo squadrone e evitare incidenti.