Resistenza aerodinamica: qual è il coefficiente e come si calcola

La resistenza aerodinamica è la forza totale che si oppone al movimento di ogni tipologia di corpo immerso in un fluido, in un liquido o un aeriforme.

Nel mondo dell’aeronautica, la sua determinazione è fondamentale per garantire un’esperienza di volo di successo.

Sarà infatti capitato a tutti di chiedersi come faccia un gigante del genere a librarsi nel cielo e percorrerlo per chilometri e chilometri con la ‘leggerezza’ di un uccellino, vero? Ecco, tutto ciò è spiegato da una serie di principi fisici, tra cui quello della resistenza aerodinamica.

Scendendo nel dettaglio, un corpo che si muove all’interno di un fluido o, nel nostro caso, in uno spazio aeriforme (l’atmosfera), scambia con quest’ultimo delle forze. La resistenza è il risultato di queste forze nella direzione opposta del vettore velocità del corpo.

Nell’aviazione, quindi, l’entità della resistenza aerodinamica dipende non solo dalla natura del fluido ma anche dalla forma e dalla velocità del corpo, ovvero dell’aeroplano.

Come si calcola questo valore?

Per poter misurare la resistenza di un corpo viene utilizzato il coefficiente di resistenza aerodinamica. Si tratta di un elemento adimensionale, che comprende gli effetti di diversi tipi di resistenza.

In un primo momento queste nozioni potrebbero sembrare complesse e in effetti, non sono così intuitive. Per questa ragione, nel corso delle prossime righe, approfondiremo i tipi di resistenza aerodinamica esistenti e vedremo anche come poterla calcolare.

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Resistenza aerodinamica: la classificazione

Come anticipato in precedenza, la resistenza aerodinamica può essere idealmente suddivisa in categorie distinguibili.

La resistenza di attrito viscoso

Parte della cosiddetta ‘resistenza parassita’, questa tipologia di resistenza è dovuta alle forze viscose scambiate tra il fluido e il corpo in moto. Se il corpo è in movimento, infatti, esercita sul fluido un’azione accelerante.

Per il principio di azione e reazione, invece, il fluido avrà un effetto frenante sul corpo.

Un discorso all’apparenza complicato, ma che si semplifica notevolmente pensando a un aereo in volo. Quest’ultimo, infatti, è soggetto alla resistenza dell’aria e per superarla e proseguire nel suo tragitto, dovrà aumentare la propria velocità di percorrenza.

Questo ragionamento è ancor più valido se si tratta di altezze molto elevate, dove l’aria aumenta la sua resistenza, essendo più rarefatta.

In questo caso il pilota dovrà essere in grado di mantenere una velocità adeguata per poter rimanere in quota e non cedere all’azione dell’atmosfera nella quale si muove.

Resistenza di forma

Anche questo tipo di resistenza dipende dalla viscosità del fluido, ma si serve anche delle cosiddette linee di flusso.

La viscosità, infatti, fa perdere energia al fluido e fa sì che aggiri il corpo in movimento, formando una “zona di ricircolazione”.

Questo effetto implica una differenza di pressione attorno alla geometria del fluido, che genera la resistenza di forma. Il percorso delle linee di flusso, in pratica, è determinato dalla forma del corpo che lo attraversa.

In breve, se si pensa a un velivolo che solca i cieli, si riconosce che questo si muove nell’atmosfera, dando vita a delle linee di flusso che prendono proprio la forma dell’aereo in movimento. Qualsiasi cosa gli graviti attorno, quindi, sarà ‘risucchiata’ nel vortice che si viene a creare.

Resistenza indotta

In tal caso si tratta della resistenza alla quale sono sottoposte le ali. Queste ultime sono dei corpi che vanno a generare la portanza quando si trovano in moto all’interno di un fluido.

Per questa ragione, devono fare in modo che il fluido che ricopre la superficie inferiore abbia una pressione maggiore rispetto a quella della parte superiore.

In aviazione, la resistenza indotta è data dalla presenza della portanza (le ali) di un aereo. Perché quest’ultimo riesca a volare, infatti, è fondamentale che la pressione al di sotto del velivolo sia maggiore di quella presente nella zona superiore.

Resistenza d’onda

La resistenza d’onda, infine, è quella parte della resistenza aerodinamica derivante dal manifestarsi delle onde d’urto nel raggio d’azione di un corpo in movimento.

La distinzione delle diverse categorie di resistenza aerodinamica è stata doverosa per poter comprendere al meglio la natura del suo coefficiente.

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Resistenza aerodinamica: calcolo e coefficiente

Dopo aver introdotto i diversi tipi di resistenza aerodinamica, possiamo passare a una spiegazione più approfondita del suo coefficiente e della modalità per poterla calcolare.

Innanzitutto, il coefficiente della resistenza aerodinamica comprende la resistenza di attrito e quella di forma. Per un profilo aerodinamico, invece, include anche gli effetti della resistenza indotta.

Ovviamente, non stiamo parlando dell’unico elemento per poter definire la resistenza aerodinamica di ogni tipo di corpo.

A ogni modo, tale coefficiente è definito come segue: Cd= D/q0S

Dove:

• Cd è il coefficiente di resistenza aerodinamica;
• D è la resistenza aerodinamica;
• q0 è la pressione del fluido;
• S è l’area di riferimento.

La resistenza aerodinamica, invece, può essere calcolata utilizzando la formula seguente: D= ½ pV^2SCd

Dove:

• p è la densità dell’aria;
• S la superficie di riferimento;
• V la velocità;
• Cd il coefficiente di resistenza.

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