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📐 Formulario di Aerodinamica

Riferimento rapido. Ogni formula ha simboli, unità SI e quando si usa.


1. Forze fondamentali sul velivolo

Portanza (Lift)

\[P = \frac{1}{2} \rho V^2 S C_p\]
Simbolo Significato Unità SI
\(P\) Portanza N
\(\rho\) Densità dell'aria kg/m³
\(V\) Velocità (rispetto all'aria) m/s
\(S\) Superficie alare m²
\(C_p\) Coefficiente di portanza adimensionale

Quando: in qualsiasi problema dove serve calcolare la forza che sostiene il velivolo, o per ricavare \(C_p\), \(V\), \(S\) note le altre.


Resistenza (Drag)

\[R = \frac{1}{2} \rho V^2 S C_R\]
Simbolo Significato Unità SI
\(R\) Resistenza N
\(C_R\) Coefficiente di resistenza totale adimensionale

Resistenza indotta (componente di \(D\))

\[C_{Di} = \frac{C_p^2}{\pi \cdot \lambda \cdot e}\]
Simbolo Significato
\(\lambda\) Allungamento alare \(= b^2/S\)
\(e\) Fattore di Oswald (~0,7–0,9)
\(b\) Apertura alare (m)

Lettura: la resistenza indotta cresce con \(C_p^2\) → grandi a bassa velocità (alti \(C_p\)), piccola in crociera.


2. Efficienza aerodinamica

\[E = \frac{C_p}{C_R} = \frac{L}{D}\]

Significato: quanti newton di portanza generi per ogni newton di resistenza. Per un Cessna 172 \(E_{max} \approx 10\), per un aliante \(E_{max} \approx 40\)–\(60\).

In planata (motore spento), la distanza percorsa per metro di quota persa coincide con \(E\): \(\(\text{distanza} = E \cdot \text{quota persa}\)\)


3. Equilibrio in volo livellato

\[P = Q = m \cdot g$$ $$T = R\]
Simbolo Significato Unità SI
\(Q\) Peso N
\(m\) Massa kg
\(g\) \(9{,}81\) m/s² m/s²
\(T\) Spinta (Thrust) N

⚠️ Errore comune: usare la massa in kg al posto del peso in N. Il peso è \(m \cdot g\).


4. Velocità di stallo

\[V_S = \sqrt{\frac{2 \cdot Q}{\rho \cdot S \cdot C_{p,max}}}\]

Lettura: \(V_S\) aumenta con la massa, diminuisce con la densità (in quota stalli prima!) e con \(C_{p,max}\) (per questo esistono i flap).


5. Numero di Reynolds

\[Re = \frac{\rho V c}{\mu}\]
Simbolo Significato Unità SI
\(c\) Lunghezza caratteristica (corda alare) m
\(\mu\) Viscosità dinamica dell'aria (\(\approx 1{,}78 \cdot 10^{-5}\) a 15°C) Pa·s

Soglie indicative:

  • \(Re < 5 \cdot 10^5\) → flusso laminare
  • \(Re > 5 \cdot 10^5\) → transizione/turbolento
  • Aviazione generale in crociera: \(Re \sim 10^6\)–\(10^7\)

6. Geometria alare

\[\lambda = \frac{b^2}{S} \quad \text{(allungamento)}\]
\[\text{rastremazione} = \frac{c_{tip}}{c_{root}}\]

Allungamenti tipici:

  • Caccia: \(\lambda \approx 3\)–\(4\)
  • Aviazione generale: \(\lambda \approx 6\)–\(8\)
  • Aliante: \(\lambda \approx 20\)–\(30\)

7. Atmosfera Standard ISA — valori chiave

Quota (m) Quota (ft) \(\rho\) (kg/m³) \(T\) (°C) \(\sigma = \rho/\rho_0\)
0 0 1,225 15,0 1,000
1 000 3 281 1,112 8,5 0,907
2 000 6 562 1,007 2,0 0,822
3 000 9 843 0,909 −4,5 0,742
5 000 16 404 0,736 −17,5 0,601
10 000 32 808 0,413 −50,0 0,338
11 000 36 089 0,365 −56,5 0,297

Sopra 11 km (tropopausa) la temperatura è costante a −56,5 °C.

Variazione di temperatura nella troposfera: \(T = T_0 - 0{,}0065 \cdot h\) (h in metri, T in K o °C).


8. Conversioni utili

Da A Fattore
nodi (kt) m/s × 0,5144
km/h m/s ÷ 3,6
piedi (ft) m × 0,3048
libbre (lb) kg × 0,4536
libbre-forza N × 4,448

9. Coefficienti tipici (ordine di grandezza)

Configurazione \(C_p\) tipico Note
Crociera, velivolo GA 0,2 – 0,4 Cessna, Piper
Crociera, jet di linea 0,4 – 0,6 Boeing, Airbus
Salita ottimale 0,6 – 1,0
Avvicinamento con flap 1,5 – 2,2
\(C_{p,max}\) ala "pulita" 1,2 – 1,5 Senza flap
\(C_{p,max}\) con flap+slat 2,5 – 3,5 Liner moderno

10. Errori da non fare mai

  1. Confondere \(C_p\) con \(L\). \(C_p\) è adimensionale, \(L\) è in newton.
  2. Dimenticare il fattore ½ nella formula della portanza.
  3. Usare \(\rho_0 = 1{,}225\) in quota. La densità diminuisce con l'altitudine — usa la tabella ISA.
  4. Mescolare unità. Se la velocità è in km/h, prima dividi per 3,6.
  5. Confondere massa e peso. \(Q = m \cdot g\), sempre.
  6. Calcolare \(V_S\) senza \(C_{p,max}\). Si usa il \(C_p\) massimo, non quello in crociera.