Sia il Dorso (Upper surface) che il Ventre (Lower surface) si incontrano in due punti. Quello anteriore è detto BORDO D'ATTACCO (Leading edge) e quello posteriore è definito come BORDO di USCITA (Trailing edge). Il Centro di Pressione (Centre of pressure) invece è il punto dove il Centro di Gravità (Center of Gravity) o Baricentro dell'ala è generalmente situato, ed in una pala elicotteristica corrisponde alla cerniera di cambio passo. Vedremo come a seconda del tipo di profilo il Centro di Pressione (CP) si trovi più o meno nella stessa zona, o addirittura possa cambiare a seconda dell'angolo di incidenza della pala.
La linea che congiunge il Bordo D'Attacco ed il Bordo D'Uscita si chiama CORDA (Chord), mentre la distanza massima tra il Dorso ed il Ventre si chiama SPESSORE ALARE (Thickness), infine la Linea Mediana (Camber line) che si muove dal Bordo di Attacco al Bordo di Uscita e che solo in un profilo simmetrico come nella figura in alto coincide con la Corda, indica i punti equidistanti tra il Ventre ed il Dorso.

La Linea Mediana o Camber line più in dettaglio, si riferisce alla distanza media che esiste tra il dorso ed il ventre, essa si muove sulla stessa direttrice della corda, cioè dal bordo di attacco al bordo di uscita, e può assumere diverse curvature a seconda del tipo di profilo aerodinamico, tranne che in un profilo biconvesso simmetrico, dove invece - come già detto sopra - coincide perfettamente con la corda.

A seconda delle applicazioni e delle prestazioni che si intendono ottenere i profili vengono definiti, Spessi; Semispessi; o Sottili. Questo è in generale il rapporto che intercorre tra lo Spessore e la Lunghezza di un'ala. E' intuitivo pensare che le pale di un elicottero siano di per se considerate a Profilo Sottile, mentre quelle di un aero-cargo siano chiaramente a Profilo Spesso.

Lo Spessore Relativo (SR) è in altre parole il rapporto della distanza che c'è tra il ventre ed il dorso (SA), diviso la lunghezza della corda (CA) ed è espresso in percentuale (%) rispetto alla corda stessa. I PROFILI ALARI a seconda della loro funzione aerodinamica assumono un determinato SPESSORE, in generale esso è quasi sempre inferiore al 10% rispetto alla lunghezza della corda, che in media raggiunge il 18% in profili medi, ed il 20% in profili spessi. Questo valore o rapporto che esiste tra la corda e lo spessore è fondamentale in aerodinamica, in quanto attraverso di esso è possibile determinare la velocità accettabile per un profilo che operi in condizioni di volo transonico e questo ti assicuro interessa non solo gli aerei supersonici, ma in modo particolare le pale di un elicottero poiche esse durante la rotazione in volo traslato si avvicinano a valori prossimi a quella del suono.

Un ulteriore elemento di importanza è lo SPESSORE MASSIMO del profilo, esso va misurato ortogonalmente alla corda nel punto di distanza massima tra il dorso ed il ventre del profilo.

Allungamento Alare

Per meglio capire il rapporto che c'è tra un profilo alare e la struttura dell'ala stessa è importante definire un ultimo aspetto chiamato Allungamento Alare (λ) (Aspect ratio). Si tratta del rapporto che esiste tra la lunghezza o apertura alare e la larghezza di una ala o corda, nel nostro caso è il rapporto che esiste tra la lunghezza della pala e la sua corda. L'allungamento alare può anche essere calcolato attraverso il rapporto tra l'Apertura Alare² e la Superficie Alare.

Se si osserva la pala di un elicottero salta agli occhi il fatto che essa risulti eccessivamente allungata, ma come vedremo è proprio questa la caratteristica che la rende perfettamente adatta al "volo rotante", mentre le ali di un Jet sembrano corte se paragonate alla fusoliera, poichè in questo caso il velivolo deve raggiungere elevate velocità. Insomma la struttara alare di un velivolo, sia esso un elicottero o un aereo, influenza profondamente la progettazione di un aeromobile costringendo gli ingegneri ad adattarne le caratteristiche alla funzione, proprio come in natura è avvenuto con le varie specie di uccelli.

Per fare un raffronto in un contesto naturale, in un colombo le ali sono corte se paragonate a quelle di un gabbiano. Un colombo infatti si è adattato in natura per volare veloce e per un tempo limitato, ed è costretto a spendere molta più energia di un gabbiano per accellerare l'aria sul dorso delle ali e produrre la portanza necessaria per il volo spesso acrobatico. Un gabbiano invece grazie alla struttara delle sue ali che hanno un forte allungamento, esse gli permettono di restare in volo molto a lungo sfruttando venti e correnti ascenzionali senza utilizzare troppa energia.

Dunque un gabbiano ha una elevato allungamento alare che gli consente di volare in ascenzione termica o in planata per lunghe distanze, proprio come un aliante. Mentre un colombo ha delle ali corte e tozze che gli permettono di ottenere una velocità ed una manovrabilità estrema, proprio come un aereo da combattimento, ma non di planare a tempo.

A seconda della loro funzione le ali assumono una forma specifica. Per aeromobili che si muovono a basse velocità ad esempio, la pianta alare più diffusa è quella rettangolare come nei piccoli aerei da turismo. La forma rastremata invece viene spesso adoperata su velivoli turboelica che raggiungano velocità considerevoli o per piccoli velivoli adatti al volo acrobatico. Le ali a freccia ed a delta sono particolarmente impiegate su velivoli che si muovono a velocità elevate. La forma infatti giustifica con chiarezza la necessità di compensare l’eccessiva velocità periferica, che è maggiore all'estremità dell'ala piuttosto che alla sua radice e che produrrebbe un forte aumento sia della portanza che della resistenza nella zona esterna dell'ala flettendo quell'aerea dell'ala verso l'alto con conseguenze catastrofiche. Questa condizione è di vitale importanza come vedremo specie con le pale degli elicotteri che come ho già detto hanno un allungamento alare piuttosto considerevole.

La produzione di vortici marginali che si formano alle estremità delle pale di un rotore è un fattore critico per un elicottero, poichè ne riduce fortemente le prestazioni, giacchè la porzione esterna della pala non è in grado di produrre portanza ma solo una forte resistenza, chiamata anche resisteza indotta. Per poter ridurre questo fenomeno le pale degli elicotteri moderni sono molto diverse da quelle classiche che hanno accompagnato la sua storia, ed oltre ad essere costruite con materiali particolari, esse hanno una struttura ed una pianta molto speciale, a seconda del tipo di macchina e del suo specifico impiego.

La PIANTA RETTANGOLARE è la più diffusa e rimane la più economica sia in termini costruttivi che di complessità della sua aerodinamica, ma deve essere svergolata per poter sostenere l'aumento della velocità periferica e l'incremento di carico aerodinamico che si sviluppano man mano che si prosegue verso la sua estremità.

La PIANTA RASTREMMATA è la più antica, essa è stata largamente utilizzata sia nei primi autogiro sia nei primi esemplari di elicotteri, era principalmente costruita in legno e la forma serviva a ridurre il carico aerodinamico che diminuiva progressivamente fino alla sua estremità.

Poichè la Portanza varia in proprozione al quadrato della velocità, o se si riduce della metà la velocità periferica della pala, si ottiene un quarto (1/4) della Portanza, risulta necessario distribuire il carico sulla pala in maniera omogenea su tutta la sua struttura, per esempio svergolandola (whashout) diminuendo cioè l'angolo di incidenza man mano lungo la sua lunghezza a partire dalla radice fino alla periferia.

Il Bell Jetranger ha uno svergolamento di -10° dalla radice alla estremità della pala, mentre il Bell 412 monta pale che hanno sia lo svergolamento che una leggera rastremmatura. L'angolo medio attraverso il quale si costruisce una pala svergolata è compreso tra i 6° ed i 12°. Un altro medodo per ottenere lo stesso risultato è l'impiego di piante rastremmate o aventi forma particolare, studiate in modo tale che al 75% della loro lunghezza (raggio del rotore) si venga a concentrare la maggior parte della Portanza.

Questo tipo di pala è di nuovo impiegata anche grazie alla possibilità di produrle con estrema precisione attraverso sistemi a controlo numerico, tuttavia alcune macchine di fabbricazione russa le impiegano da anni e più di recente sono state reintrodotte in una versione più moderna e complessa sui nuovi elicotteri Sikorsky X2 e S97.
Un altra pianta interessante e quella che descrive la pala Westland-Agusta, progettata per l’impiego su elicotteri come l’AW EH 101 largamente impiegato da diverse marine, tra cui quella italiana. L’ultimo esempio di pala del genere fu sviluppato dalla Sikorky industries, ed è stata impiegata sugli UH/SH 60, ed in una versione molto simile dalla Westland sul Linx qualche anno prima, oppure le pale rastremate montate su elicotteri commerciali come gli Agusta A139 di ultima generazione. Altre sono le forme di piante elicotteristiche, tuttavia queste riportate in figura rappresentano le più comuni, e in qualche caso anche le più originali. Le tecnologie dei materiali porteranno sempre più allo sviluppo di nuove ed interessanti soluzioni con possibili sviluppi sia delle piante che dei profili delle pale.

©Gino D'Ignazio Gizio