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aeroplano

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sm. [sec. XX; dall'inglese aeroplane tramite il francese aéroplane]. Aeromobile più pesante dell'aria, dotato di propulsore fisso che ne permette l'involo e l'atterraggio con mezzi propri su piste idonee. È un'aerodina con superfici di sostentazione fisse sulle quali si esercita l'azione delle forze aerodinamiche; la spinta del propulsore ne consente lo spostamento nell'aria. Viene designato anche con i termini aereo, apparecchio e velivolo; il termine aeroplano è stato usato per la prima volta nel 1866 dall'inglese F. H. Wenham.

Storia: le origini

Il primo mezzo aereo più pesante dell'aria che riuscì a sollevarsi e muoversi in questa con mezzi propri fu l'apparecchio ideato e costruito dagli statunitensi Orville e Wilbur Wright nel 1903 ; nel 1906, il brasiliano Alberto Santos Dumont fece volare in Francia un proprio mezzo, strutturalmente diverso da quello dei Wright del cui risultato nulla sapeva. Fino al 1908 i pionieri dell'aeronautica europei e statunitensi seguirono criteri costruttivi dissimili, sapendo ben poco gli uni delle esperienze degli altri, e ciò portò alla creazione di modelli diversi dei quali solo pochi (Wright e Curtiss negli USA, Farman, Voisin, Levavasseur e Blériot in Francia) abbastanza efficienti . Questi primi aeroplani dimostrarono le buone qualità aerodinamiche dei mezzi più pesanti dell'aria, ma le loro prestazioni dipendevano ancora in parte dall'abilità dei piloti. Ciò spiega perché, almeno fino al 1908, non s'imposero all'attenzione mondiale e perché la realizzazione di velivoli sia stata per lungo tempo opera dei piloti, che erano progettatori e costruttori ciascuno del proprio mezzo. Sebbene tutti i costruttori si rifacessero alle teorie aerodinamiche di G. Cayley, S. P. Langley, F. H. Wenham e alle esperienze con alianti di O. Lilienthal e O. Chanute, si può dire che fino al 1911 i criteri costruttivi seguirono due vie: quella dei Wright e quella di Blériot. La tendenza americana, seguita anche da vari costruttori europei (Voisin, Farman e altri), può essere illustrata dai velivoli realizzati in tale periodo dai fratelli Wright e da Glenn H. Curtiss. Gli aeroplani dei Wright (modelli 1907-09) erano costituiti da una leggera struttura in traliccio di legno ricoperta di tela verniciata formante un'ampia cellula biplana con apertura alare di 12,05 m, che sosteneva il peso del motore e del pilota; due longheroni collegavano la cellula posteriormente a due timoni accoppiati e anteriormente a una coppia di alette (munite di piccole derive) con profilo a curvatura controllabile, che assicuravano una buona stabilità longitudinale; gli aeroplani erano lunghi 8,50 m. Tale distribuzione delle superfici di sostentazione richiama quella più tardi volutamente realizzata dagli aereo-canard. Un motore alternativo a scoppio comandava una coppia di eliche propulsive poste subito dietro la cellula; il motore adottato sui modelli del 1907 forniva una spinta di 30-40 CV e consentiva una velocità di ca. 65 km/h. L'autonomia del mezzo era limitata (ca. 50 km), ma la quota di tangenza raggiungeva i 350 m d'altezza. Questi velivoli poggiavano su due pattini paralleli, il che permetteva loro di scendere su qualsiasi terreno; per l'involo, però, dovevano essere montati su una sorta di slittone in legno lungo il quale rullavano prima d'innalzarsi. In volo si dimostrarono molto manovrieri e di buona stabilità: ciò fu possibile grazie all'adozione dello “svergolamento” alare, ossia della torsione delle estremità delle semiali, una in direzione inversa all'altra, al fine di far mantenere al velivolo un corretto assetto. Più efficienti furono gli aeroplani di Curtiss, costruiti dal 1908, che adottavano, come quelli dei Wright, la cellula biplana e le alette stabilizzatrici anteriori. Le loro caratteristiche erano: timone posto al centro di un piano di coda orizzontale; sostegno a tre ruote, una anteriore e due sotto le ali, per l'involo e l'atterraggio, motore in linea a 4 cilindri, da 50-70 CV, che azionava un'elica propulsiva, con pale sagomate, posta centralmente dietro le ali. Questi apparecchi toccavano la velocità massima di 85 km/h e raggiungevano quote sui 300 m di altezza. La loro apertura alare era di soli 9,15 m e la loro lunghezza di 9,48 m. Curtiss adottò, invece dello svergolamento alare, preferito a quei tempi, due alettoni mobili, posti alle estremità delle ali, ideati e usati per gli alianti, già nel 1904, dal francese R. Esnault-Pelterie. Il primo aeroplano realizzato in Europa, quello di Santos Dumont, adottò invece una doppia cellula biplana a struttura scatolare, la maggiore collegata alla minore, posta anteriormente, da una lunga gabbia; aveva forma leggermente a V e apertura alare di 10,80 m. Il complesso era rivestito di tela e la struttura era in bambù; la cellula più grande portava motore e pilota ed era sostenuta da un leggero carrello con due ruote di bicicletta. L'aeroplano era lungo 13,10 m; un motore alternativo a scoppio da 50 CV azionava un'elica propulsiva posta dietro la cellula principale; la piccola cellula anteriore assicurava la stabilità longitudinale; il controllo rispetto all'asse di rollio era ottenuto con lo svergolamento; la velocità non superava i 41 km/h. Successivamente Santos Dumont si adeguò alla tendenza europea, che può essere rappresentata dai velivoli a elica traente ideati, a partire dal 1907, da Louis Blériot e che per la loro forma possono essere considerati i prototipi degli aeroplani costruiti in tutto il mondo fino agli anni Trenta del Novecento. Questi aeroplani non avevano le doti di maneggevolezza e di sostentazione propri dei modelli Wright e Curtiss, in compenso presentavano una maggior penetrazione aerodinamica e una notevole robustezza. I loro difetti erano dovuti all'elevato rapporto peso-spinta, e furono superati quando cominciarono a essere costruiti motori più leggeri e più potenti. Questi aeroplani, di cui il più significativo fu il Blériot XI del 1909, erano costituiti da una robusta gabbia in legno, in alcuni prototipi rinforzata da elementi metallici, di sezione più o meno quadrata che si assottigliava verso la coda: la parte anteriore (carlinga) era rivestita di tela verniciata e ospitava il pilota e il motore; la parte posteriore (trave di coda) recava alla sua estremità un ampio piano di coda dotato di due semiequilibratori a calettamento controllato e con timone centrale. Anteriormente era fissato un carrello a due ruote munite di sospensioni a molla; un ruotino teneva sollevata la coda. Erano lunghi 7,63 m e avevano una sola ala, con apertura di 7,81 m, fissata alla carlinga da due longheroni e da tiranti in cavo d'acciaio; la struttura dell'ala era in traliccio di legno ricoperto di tela. Questa soluzione favoriva la penetrazione aerodinamica ma l'ala risultava troppo fragile. Blériot adottò lo svergolamento alare e montò un motore a 3 cilindri radiali, di soli 25 CV, che azionava un'elica trattiva con pale svergolate; la velocità massima raggiungibile era di ca. 70 km/h e l'autonomia superava ormai i 100 km. Dato il peso del mezzo, finché non vennero introdotti motori più potenti, gli aeroplani a cellula monoplana non toccarono mai quote di tangenza elevate. Per tale motivo altri costruttori europei, pur seguendo la tendenza di Blériot, adottarono cellule biplane e anche triplane (A. V. Roe): buoni risultati furono ottenuti dai biplani con elica anteriore costruiti da Louis Bréguet, S. F. Cody, Gianni Caproni, Léon Levavasseur, A. Santos Dumont; E. Nieuport e altri continuarono invece le esperienze con la cellula monoplana cercando di migliorare le doti dei mezzi sia aumentando l'apertura alare, sia alleggerendo le strutture, sia aumentando la potenza del motore.

Storia: il primo aereo "moderno"

Nel 1911 l'austriaco Igor Etrich realizzò un monoplano con elica trattiva completamente rivestito di tela verniciata (Etrich A I): fu questo il primo aeroplano che ospitò il pilota in cabina chiusa. L'adozione del rivestimento della struttura si rivelò vantaggiosa, non solo perché proteggeva pilota e motore ma anche perché favoriva la penetrazione del mezzo nell'aria, la quale, durante il moto, scivolava lungo la fusoliera. La tendenza dei costruttori negli anni successivi al 1911 si orientò verso mezzi con elica trattiva e cellula monoplana e biplana. L'adozione generalizzata degli alettoni, lo studio sulla forma e la posizione dell'ala, l'aumento di potenza dei motori e la possibilità di montare grossi serbatoi di carburante (che portò l'autonomia degli aeroplani oltre i 300 km), determinando l'affermazione del mezzo, richiesero maggiori studi teorici non solo sull'architettura generale dell'aeroplano ma anche sui materiali, sulla forma e la funzione dell'elica e sulla prestazione dei motori. Già prima del 1910 era stata sperimentata in Europa, su dirigibili, da von Zeppelin, l'elica a passo variabile che consentiva di sfruttare la potenza del motore in ogni condizione di volo. Eliche di questo tipo vennero adottate per gli aeroplani, per cui fu possibile montare motori più potenti; il tipo di motore adottato, con cilindri in linea, presentava tuttavia l'inconveniente di surriscaldarsi soprattutto se spinto a pieno regime. Per tale motivo si cominciarono a studiare nuovi tipi di motore e, nello stesso tempo, si pensò di adottare più motori i quali, fatti funzionare a basso regime, fornissero però una spinta complessiva elevata. Caratteristico di questa soluzione fu il Sikorsky Grand, progettato dal costruttore russo I. I. Sikorsky nel 1913: la lunga fusoliera, la cui parte anteriore era conformata a cabina chiusa in grado di ospitare anche sette persone, sosteneva una cellula biplana con apertura alare di 30,85 m ed era lunga 17,05 m; sulle ali inferiori erano montati quattro motori lineari, azionanti ciascuno due eliche (poste una avanti e una dietro il motore e controrotanti), che consentivano una velocità di ca. 150 km/h; l'aeroplano raggiungeva i 2500 m di altitudine e aveva un'autonomia di ca. 1500 km. Questo mastodontico (per i suoi tempi) velivolo rivelò tuttavia le deficienze delle infrastrutture per il volo: necessitava infatti di lunghe piste per l'involo e l'atterraggio, non sempre disponibili vicino ai grandi centri, per cui non ebbe molto successo. Una nuova strada era stata nel frattempo aperta negli USA da G. Curtiss, il quale aveva dotato, nel 1911, un suo biplano di galleggianti per cui poteva ammarare; lo stesso Curtiss realizzò nel 1913 un biplano idrovolante, il Curtiss America. Questo velivolo, dalla fusoliera carenata, atta a posarsi sull'acqua, studiata tenendo conto dei principi di idrodinamica, si dimostrò un eccellente idrovolante; due motori lineari posti fra le ali azionavano eliche propulsive; l'apparecchio raggiungeva i 150 km/h e aveva un'autonomia di ca. 600 km. La più importante innovazione di questo periodo si ebbe nel campo dei motori che vennero appositamente studiati per gli aeroplani: oltre a quelli con cilindri in linea comparvero prototipi con cilindri a V. Di diversa concezione furono i motori con cilindri radiali, il primo dei quali era comparso, con scarso seguito, nel 1903, costruito da C. Manley per S. P. Langley; in questo i cilindri erano disposti intorno all'albero a gomiti come i raggi di una stella; i pistoni facevano girare l'albero a gomiti collegato, tramite un ingranaggio riduttore, all'elica; il raffreddamento era a circolazione d'acqua. Da questo derivarono i motori a stella, con 7-9 cilindri (o 14-18, se a doppia stella) la cui affermazione si ebbe, però, solo dopo il 1918 con i prototipi raffreddati ad aria, ciò perché i primi modelli presentavano un eccessivo peso rispetto alla potenza erogata. Rivoluzionario fu, invece, il motore radiale rotativo raffreddato ad aria, costruito nel 1907 dai fratelli Seguin: compatto, leggero, con un buon rapporto peso-potenza, fu con gli altri consimili largamente usato soprattutto per i veloci piccoli biplani anche da competizione, come il Deperdussin. In questi motori l'albero a gomiti era rigidamente fissato all'aeroplano mentre il carter con i cilindri ruotava facendo girare l'elica a essi vincolata; ciò assicurava una buona ventilazione del motore, indispensabile data la troppo bassa velocità di traslazione dei velivoli di allora. Miglioramenti significativi furono portati ai nuovi aeroplani: le ali avevano struttura cellulare e la loro curvatura, come la posizione rispetto al piano mediano della carlinga, vennero studiate nelle gallerie del vento, introdotte proprio in questo periodo. Nuovi studi furono condotti sulla forma dell'elica e della fusoliera, ancora in traliccio di legno ma interamente ricoperta di tela impermeabile. Tutto ciò fu opera non più di singoli pionieri ma di specialisti che utilizzarono le ricerche di aerodinamica; si ricordano gli inglesi T. Sopwith, G. De Havilland, R. Blackburn, F. Handley-Page, A. V. Roe; i francesi L. Morane, A. Deperdussin, G. Delage; i tedeschi H. Junkers e E. Heinkel; gli italiani G. Caproni e A. Marchetti; l'olandese A. Fokker; il russo I. I. Sikorsky.

Storia: l'aeroplano nella prima guerra mondiale

Le potenzialità degli aeroplani vennero dimostrate su vasta scala nel corso della I guerra mondiale, durante la quale furono impiegati quali ricognitori, poi come caccia e quali bombardieri. Il primo e più celebre dei bombardieri plurimotore fu il quadrimotore Ilja Muromec progettato nel 1914 da Sikorsky. Per le necessità belliche vennero armati con mitragliatrici e bombe: per i monomotore si resero necessari dispositivi che consentissero di sparare attraverso il disco dell'elica senza spezzarne le pale. Il più efficiente fu ideato da Fokker e consisteva in un meccanismo sincronizzato con il moto dell'elica che bloccava l'arma ogni volta che una pala si allineava con la canna. Dato che gli aeroplani erano quasi tutti biplani con strutture in legno, si cercò d'irrobustirli con elementi metallici nelle parti più sottoposte a sollecitazioni e di proteggerne l'abitacolo con pannelli metallici. Oltre ai biplani furono sperimentate formule triplane, come il famoso Fokker Dr I usato dall'asso dell'aviazione tedesca M. von Richthofen, detto Barone Rosso. Inglesi e Francesi preferirono i motori rotativi: celebri sono restati i caccia Sopwith, Bristol, AIRCO, RAF, Vickers inglesi; Morane-Saulnier, Nieuport e alcuni SPAD francesi; alcuni Fokker tedeschi. Motori lineari o a V utilizzarono gli Albatros, Fokker, Junkers, Pfalz, Brandenburg tedeschi; gli Ansaldo, i Caproni , i Macchi italiani; alcuni RAF e Bristol inglesi e SPAD francesi. Sul finire del conflitto i Tedeschi sperimentarono un nuovo caccia, lo Junkers CL 1, monoplano totalmente rivestito di lamierino ondulato; era lungo 7,90 m e aveva apertura alare di 12,05 m; raggiungeva i 165 km/h. Nonostante i difetti, dimostrò la possibilità di impiego delle leghe leggere in campo aeronautico. I caccia potevano raggiungere velocità di 200 km/h ma alcuni (SPAD, SVA italiano) toccavano i 230 km/h; giungevano a 6000 m di altezza ma la quota operativa di combattimento era di 500 m e l'autonomia intorno ai 300 km. Meno veloci erano i bombardieri che però raggiungevano quote e autonomie superiori; le tecniche di bombardamento li obbligavano, tuttavia, a operare a bassa quota su obiettivi molto vicini. La guerra favorì anche il progresso degli idrovolanti, spesso derivati dai caccia, sia a scafo centrale (Macchi e alcuni Brandenburg e Rumpler), sia dotati di due galleggianti con forma idrodinamica (Brandenburg, Rumpler), che svolsero varie missioni di ricognizione sul mare e di caccia ai sommergibili.

Storia: l'aeroplano negli anni tra le due guerre

L'impiego civile dell'aeroplano, cominciato dopo la fine della guerra seppure con non poche difficoltà soprattutto di origine economica, indirizzò in un primo tempo la maggior parte dei costruttori verso soluzioni con cellula biplana e struttura in legno (o mista con elementi metallici) del velivolo e motori sia stellari (più resistenti ed economici) sia lineari (più ingombranti ma che consentivano di raggiungere velocità più elevate). In Germania continuarono gli esperimenti su aeroplani con cellula monoplana e rivestimento metallico e su motori più potenti e più leggeri. Contemporaneamente s'intensificarono gli studi sperimentali e teorici in galleria del vento che portarono a varie innovazioni e perfezionamenti del mezzo: nel 1920 fu sperimentato sul monoplano monomotore Dayton-Wright il primo carrello retrattile; ma questa soluzione, sebbene migliorasse l'efficienza aerodinamica del mezzo, non ebbe, al momento, seguito per la difficoltà di realizzare un dispositivo meccanico automatico di sicura efficienza. Gli studi sull'efficienza aerodinamica, soprattutto dei grossi aeroplani, portarono all'eliminazione di alcuni difetti che aumentavano la resistenza all'aria: dal 1923 si generalizzò, progressivamente, l'uso di cabine chiuse con forma aerodinamica; nel 1924 l'americano A. Burnelli eliminò un'altra causa racchiudendo il motore nella fusoliera (biplano monomotore Burnelli RB 2). Questa soluzione portò alla carenatura dei motori posti fuori della fusoliera. La portanza delle ali, soprattutto alle basse velocità, fu migliorata introducendo degli ipersostentatori; nel 1924 l'inglese Handley-Page adottò ipersostentatori posteriori ad aletta (flaps). Le esperienze dei tecnici tedeschi dettero buoni risultati: l'introduzione del rivestimento metallico liscio, a opera di Adolph Rohrbach, anche come copertura delle ali migliorò le qualità aerodinamiche di queste, la loro robustezza e la capacità di reggere grossi motori; l'adozione di motori stellari raffreddati ad aria, opera di A. Fokker, ridusse il peso dell'apparato motore consentendo di aumentare la potenza dei propulsori. Dal 1925 i monoplani con ala a sbalzo, rivestiti parzialmente o completamente con pannelli in lega leggera e dotati di motori stellari raffreddati ad aria, si dimostrarono i più efficienti e veloci fra i plurimotore per trasporto. Ricordiamo lo Junkers G 24 L del 1925, trimotore con ala bassa che portava in cabina chiusa sei persone alla velocità di 180 km/h e aveva un'autonomia di ca. 1000 km; il Fokker 11 B (1928), trimotore con ala alta che portava 8 persone alla velocità di crociera di 190 km/h e aveva un'autonomia di oltre 1500 km. Soluzioni con cellula biplana e monoplana vennero adottate per gli idrovolanti, i quali ebbero un largo impiego in campo civile, data la carenza di aeroporti e la mancanza di piste adatte per grossi velivoli terrestri. Questi apparecchi usavano sia motori stellari sia motori lineari; i prototipi per uso civile avevano la fusoliera carenata, adatta all'ammaraggio e all'involo dall'acqua, di ampie dimensioni, capace di ospitare un numero notevole di passeggeri. Di questi il più grande realizzato negli anni Venti del Novecento fu il monoplano tedesco Dornier DO X (1929): era dotato di dodici motori disposti a coppie contrapposte; portava fino a 70 passeggeri alla velocità di 195 km/h con un'autonomia di 2800 km; aveva una apertura alare di 48 m e una lunghezza di 40 m. Più veloce ma di dimensioni inferiori era il monoplano italiano Savoia Marchetti S 55, divenuto famoso per i 14 primati mondiali conquistati, il cui primo esemplare fu costruito nel 1925; aveva doppia fusoliera carenata collegata, tramite due robuste travi, a un piano di coda che reggeva tre timoni equidistanti fra loro; ala alta a sbalzo nel cui centro erano posti due motori contrapposti; aveva apertura alare di 24 m e lunghezza di 16,52 m; portava tre persone alla velocità di crociera di 265 km/h e aveva un'autonomia di 2000 km. Poco maneggevoli ma veloci erano gli idrovolanti dotati di due galleggianti ed equipaggiati con potenti motori lineari: dai biplani Curtiss, il cui miglior prototipo, il Curtiss R 202, raggiunse, nel 1925, i 373,514 km/h, si passò ai monoplani quali gli inglesi Supermarine, i cui prototipi S 6 e S 6 B toccarono nel 1929 e nel 1931 rispettivamente 528,765 e 656,075 km/h, e gli italiani Macchi M 39, che nel 1926 toccò i 416,618 km/h, e Macchi Castoldi MC 72, che nel 1934 toccò i 709,202 km/h, primato ancor oggi imbattuto per questo tipo di apparecchi. Gli idrovolanti, nonostante le doti e le dimensioni, avevano però il grave inconveniente di non poter essere utilizzati su terra, inoltre la grossa fusoliera e i galleggianti riducevano di molto l'efficienza aerodinamica. L'impresa di C. A. Lindbergh, che nel 1927 attraversò l'Atlantico in una sola tappa a bordo di un monoplano monomotore (il Ryan “Spirit of St. Louis”), dimostrò la validità della soluzione con cellula monoplana e la possibilità anche per aeroplani non idrovolanti di coprire grandi distanze. Negli anni fra il 1928 e il 1940 si cercò pertanto di migliorare le doti aerodinamiche di questo tipo di aeroplano, di aumentare la potenza dei motori e la velocità, di renderli più sicuri, manovrieri ed efficienti. Vennero studiati in galleria del vento profili alari, forma delle eliche e della carenatura dei motori, forma e dimensioni della fusoliera e dei piani di coda, posizione dell'ala rispetto alla fusoliera e disposizione dei motori; inoltre particolare attenzione venne posta ai materiali, alla struttura dei vari elementi, al perfezionamento e trasformazione delle parti che offrivano maggior attrito (carrello, prua, bordo d'attacco delle ali). Ciò richiese un notevole impegno sia nel settore della metallurgia, con la produzione di acciai speciali, sia in quello della meccanica, con la realizzazione di dispositivi meccanici per il comando a distanza e anche automatico dei vari organi e delle parti mobili. Furono inoltre perfezionati la strumentazione di bordo, che permise il volo cieco (sperimentato già nel 1928 negli USA da Doolittle), i collegamenti radio con le stazioni a Terra, le infrastrutture (aeroporti, assistenza tecnica). Le qualità aerodinamiche dei monoplani con ala a sbalzo li fecero preferire ai biplani, che tuttavia furono costruiti fino agli anni Quaranta per usi militari (per esempio il FIAT CR 32 del 1933, impiegato nella guerra di Spagna, e il FIAT CR 42 Falco del 1938, usato all'inizio della II guerra mondiale; il Gloster Gladiator del 1935 e il Fairey Swordfish del 1939). Un cenno meritano i grandi idrovolanti monoplani con pinne di stabilizzazione dei quali il migliore fu l'americano Martin M 130 China Clipper del 1935, in struttura mista di legno e metallo, con apertura alare di 39,70 m, lunghezza di 27,30 m, quattro motori a doppia stella carenati sull'ala superiore. Portava 32 passeggeri alla velocità di 230 km/h lungo percorsi senza scalo di 5400 km. L'evoluzione dei monoplani fu rapida: dai Fokker e Junkers tedeschi con rivestimenti metallici si passò agli aeroplani con struttura portante parzialmente o totalmente metallica e ciò permise di realizzare un'architettura del mezzo che rispondeva ai principi teorici e alle sperimentazioni dell'aerodinamica dell'epoca. La soluzione più adottata era la fusoliera a “sigaro”, con ala bassa posta a ca. un terzo dalla prua; per i plurimotore, motori carenati sull'ala; la maggior parte degli aeroplani adottò ancora strutture miste in legno e metallo. I più significativi aeroplani interamente metallici furono il Boeing 247 del 1933, il Lockheed 10 A Electra e lo Junkers 52 3 M del 1934. Il Boeing 247 montava due motori a doppia stella che consentivano una velocità di 235 km/h e aveva un'autonomia di ca. 1000 km; il Lockheed 10 A Electra, che montava anch'esso due motori a doppia stella, era più piccolo e più veloce (ca. 255 km/h); lo Junkers 52 3 M aveva tre motori lineari che consentivano una velocità di 270 km/h e le ali erano leggermente piegate verso l'alto; Boeing e Lockheed avevano il carrello retrattile; il Lockheed, inoltre, adottava un impennaggio di grande apertura con piani verticali alle estremità (doppia deriva) che ne migliorava manovrabilità e controllo. L'adozione su larga scala dei motori a doppia stella, leggeri e robusti, e di potenti motori lineari con doppio circuito di raffreddamento (ad acqua e ad aria) consentì agli aeroplani velocità di crociera costanti non inferiori ai 250 km/h; ciò favorì l'adozione generale del “pilota automatico”, ideato dai tecnici della società americana Sperry Gyroscope fin dal 1932. Nel 1936 veniva realizzato il Douglas DC 3 (noto durante e dopo la II guerra mondiale col nome di Dakota), perfezionamento del DC 2 realizzato nel 1933, che aveva fusoliera metallica portante, ala bassa a sbalzo, apertura alare di 28,97 m, lunghezza di 19,66 m; sulle ali erano posti due motori a doppia stella con carenatura particolare che diminuiva gli attriti migliorando le doti aerodinamiche; il carrello era retrattile. Adatto per impieghi diversi, consentiva, in particolare, costi d'esercizio relativamente bassi. Con un'autonomia di ca. 1000 km e una velocità di crociera di 280 km/h, portava fino a 28 passeggeri e si rivelò il miglior aeroplano dell'epoca: fino al 1946 ne furono costruiti ben 13.000 esemplari. Un prototipo tedesco del 1937, il Focke Wulf FW 200 Condor, migliorò le qualità del Dakota, ma la guerra impedì la sua fabbricazione in serie come aeroplano civile per cui se ne ricavarono bombardieri a largo raggio d'azione: montava quattro motori stellari che consentivano una velocità di 360 km/h; aveva la notevole autonomia di oltre 4000 km.

Storia: l'aeroplano nella seconda guerra mondiale

I prototipi realizzati dopo il 1935 furono perfezionati durante la II guerra mondiale, che mise a dura prova mezzi, materiali e motori . Già durante la guerra civile spagnola e l'inizio del conflitto cino-giapponese erano stati sperimentati aeroplani dalle notevoli prestazioni, soprattutto da parte della Germania e del Giappone. Tra gli aeroplani con motore in linea vi furono i monomotori ad ala bassa tedeschi Messerschmitt BF 109, caccia in grado di raggiungere i 520 km/h, e lo Junkers JU 87, bombardiere in picchiata dalle caratteristiche “ali di gabbiano” rovesciate. Ottimo si dimostrò il caccia giapponese Mitsubishi A 6 M “Zero Sen, con motore a doppia stella, che consentiva velocità di ca. 535 km/h, e con autonomia di 1000 km. Robusto e originale fu il sovietico Polikarpov I 16 “Rata”, il primo caccia ad ala bassa con carrello retrattile: aveva motore a stella e il modello più sofisticato raggiungeva i 525 km/h. Ciò spinse le varie nazioni ad accelerare la costruzione di nuovi aeroplani militari: in particolare, gli Inglesi realizzarono, fin dal 1940, ottimi aeroplani quali l'Hawker Hurricane e soprattutto il Supermarine Spitfire, che già con le prime versioni raggiungeva i 580 km/h. Durante gli anni del conflitto si verificarono continui e rapidi miglioramenti dei motori e dell'architettura del mezzo, allo scopo di assicurarsi la supremazia nell'aria. La potenza dei motori venne sfruttata al massimo adottando sovralimentatori, necessari per il volo ad alta quota in aria rarefatta. Ci si accorse, però, che il rendimento dell'elica diminuiva al di sopra dei 700 km/h e di conseguenza si aveva un calo di potenza dei motori. Per tale motivo, soprattutto in Germania e Gran Bretagna, furono sviluppati gli studi su nuovi propulsori, diversi dai motori alternativi, che dettero buoni risultati solo verso la fine del conflitto. Nel frattempo si cercò di migliorare le doti aerodinamiche degli aeroplani generalizzando le ali montate a sbalzo e con profilo sottile, il cui spessore massimo era arretrato così da ridurre i fenomeni di compressibilità. Le fusoliere furono studiate in modo da ottenere migliore penetrazione aerodinamica. Gli aeroplani furono armati con due o più mitragliatrici, anche pesanti (cannoncini), che spesso vennero sistemate nelle semiali o, nei bombardieri, in torrette; anche i caccia furono dotati di bombe. Gli aeroplani da combattimento raggiunsero velocità superiori ai 650 km/h; i bombardieri ai 500 km/h, con autonomia fra 3000 e 5000 km. Gli Europei per i caccia preferirono utilizzare motori in linea; per i bombardieri plurimotore i propulsori a stella (a eccezione dei Tedeschi). Notevoli furono i caccia De Havilland Mosquito e Hawker Tempest (oltre ai nuovi Hurricane e Spitfire) inglesi; Focke Wulf FW 190 TA, Messerschmitt BF 109 K, Heinkel He 219 (bimotore) tedeschi; Yakovlev Yak 9 e Lavochckin La 7 sovietici; Macchi MC 202 italiano . Tra i bombardieri con motore in linea si ricordano l'Heinkel He 111 e lo Junkers JU 88 tedeschi; l'AVRO Lancaster inglese; il Petljakov PE 2 sovietico. Motore stellare avevano: l'Handley Page Halifax e il Vickers Wellington inglesi; l'Iljušin IL 4 e il Tupolev TU 2 sovietici; il SIAI SM 79 e il CRDA Cant Z 1018 italiani. Celebri aeroplani da caccia con motore lineare furono gli americani North American P 51 Mustang e il bimotore Lockheed P 38 Lightning. Giappone e USA preferirono utilizzare motori a stella o a doppia stella raffreddati ad aria, puntando sulla diminuzione del rapporto peso-spinta a vantaggio del carico utile e di una maggiore autonomia, necessari data l'estensione del loro teatro d'operazioni. Gli aeroplani giapponesi si rivelarono veloci e manovrieri ma vulnerabili: oltre allo Zero Sen notevoli i caccia Nakajima Ki 43 e Ki 84, nonché i cacciabombardieri prodotti da Mitsubishi, Nakajima e Kawasaki, spesso derivati dai caccia. Robusti e potenti furono i caccia statunitensi; si ricordano: il Grumman FM 2 Wildcat, il Change Vought F 4 U, il Republic P 47 Thunderbolt. Insuperati furono i bombardieri: sia i colossali quadrimotori in grado di portare elevati carichi di bombe su percorsi molto lunghi alla velocità media non inferiore ai 500 km/h (Boeing B 17 Flying Fortress e B 29 Superfortress, Consolidated B 24 Liberator e B 32 Dominator), sia i bombardieri leggeri bimotori, di notevoli doti aerodinamiche e con velocità non inferiori ai 550 km/h (Douglas A 20 e A 26, Invader North American B 25), entrambi i tipi potentemente armati e protetti da robuste lamiere metalliche. Tutti questi aeroplani erano dotati di potenti motori stellari. Al fine di aumentare l'autonomia dei mezzi, venne esteso l'uso di serbatoi di carburante supplementari che vennero, quando possibile, posti nelle ali, lasciando libera la fusoliera per il carico. Si registrarono, inoltre, la generalizzazione e il perfezionamento dei vari dispositivi meccanici già ideati negli anni Trenta (carrello retrattile, comandi a barre e a volantino, pedaliera, alette, alettoni, flaps), venne migliorata la strumentazione di bordo rendendola idonea anche per il volo notturno (radioaltimetri, radar, ecc.), furono messi a punto materiali nuovi, leggeri e resistenti (leghe leggere) che, insieme con gli acciai speciali, vennero sempre più usati per la fabbricazione delle varie parti. I problemi posti dai motori alternativi a causa del notevole calo di rendimento dell'elica nel volo a velocità superiori ai 700 km/h, e che ad alta quota richiedevano per funzionare complessi dispositivi accessori (sovralimentatori, surcompressori, ecc.), furono risolti verso la fine del conflitto con l'introduzione dei motori a turbina. Già nel 1929 l'italiano Luigi Stipa aveva studiato gli effetti delle eliche intubate e nel 1932 era stato realizzato in Italia un motore per motoscafi con elica intubata; nel 1936 l'italiano S. Campini sperimentò un motore alternativo azionante un compressore a 3 stadi e un'elica intubata che fornivano una spinta di reazione; questo fu montato su un aereo con struttura in duralluminio, il Campini Caproni CC 2, che aveva apertura alare di 15,86 m e lunghezza di 13,12 m e che effettuò un solo volo sperimentale nel 1941 alla velocità di 500 km/h. Queste esperienze furono giudicate positivamente all'estero ma in Italia non ebbero realizzazione pratica; in Gran Bretagna e in Germania, invece, gli studi, iniziati fin dal 1937, ottennero notevoli risultati. Nel 1944 entrò in funzione il caccia inglese Gloster Meteor I propulso da due turbogetti: aveva apertura alare di 13,10 m e lunghezza di 12,57 m; toccava i 12.000 m di altezza e sviluppava una velocità di 660 km/h. La Germania realizzò più prototipi di aeroplano con motore a turbina, il migliore dei quali fu il caccia Messerschmitt ME 262, entrato in funzione poco dopo quello inglese; aveva apertura alare, con ali leggermente piegate all'indietro, di 12,48 m e lunghezza di 10,60 m; toccava gli 11.500 m di altezza ed era propulso da due turbogetti che consentivano una velocità di 870 km/h. Questi aeroplani bruciavano cherosene, meno costoso della benzina, e avevano una buona autonomia (ca. 1000 km). Autonomia limitatissima, di ca. 8 minuti di volo, avevano gli aeroplani sperimentali a razzo costruiti dai Tedeschi verso la fine del 1944. Il Messerschmitt ME 163 Komet aveva apertura alare di 9,32 m e lunghezza di 5,69 m; la tozza fusoliera, che gli dava l'aspetto di una bomba alata, ospitava un propulsore a razzo che consentiva una velocità di 960-1000 km/h; il Bachem BA 349 A Natter aveva un'apertura alare di 4 m e una lunghezza di 6,48 m; era attrezzato con un razzo di coda che forniva una spinta di ca. 900 kg e con quattro razzi ausiliari di accelerazione iniziale; era armato con una batteria di razzi. Questi aeroplani, per soluzioni costruttive e d'involo (montati rispettivamente su carrello mobile e su rampa di lancio), preludevano agli alimissili e agli aviorazzi (missile).

Storia: l'era del turbogetto

L'affermazione dell'aeroplano come mezzo di trasporto e micidiale strumento bellico spinse i costruttori del dopoguerra a creare un'industria aeronautica altamente specializzata: la scoperta di poter volare a velocità elevate pose infatti, in modo categorico, la necessità di collegare studi teorici e sperimentazioni pratiche di forme, materiali, propulsori, strumentazioni che richiedevano l'apporto di più settori tecnici: da quello metallurgico a quello meccanico, a quello elettronico. URSS, Stati Uniti, Francia e Gran Bretagna, pur derivando dai grossi aerei da bombardamento i primi aeroplani da trasporto civile, iniziarono sperimentazioni di aeroplani militari e civili propulsi da nuovi motori. La spinta prodotta da turboreattori era in grado di far volare a velocità prossime ai 1000 km/h non solo i piccoli caccia ma anche grossi aeroplani; tuttavia era necessaria un'architettura del mezzo del tutto nuova in quanto, a causa dell'attrito e della velocità, si registrava una serie di fenomeni aerodinamici ed elastici prima impensati; i turboreattori, inoltre, si dimostrarono poco pratici alle basse velocità. A partire dal 1946 gli Inglesi studiarono un nuovo tipo di propulsore che unisse le doti dei turboreattori e le prestazioni alle basse velocità dei motori a elica: nel 1952 entrò in linea il Vickers Viscount, dotato di quattro motori a turbina che azionavano ciascuno un'elica (turboelica); la forma della fusoliera, capace di trasportare fino a 70 persone, era ancora quella fusiforme con muso lungo; l'ala, montata bassa a sbalzo, era di forma trapezoidale e sorreggeva le gondole carenate dei motori. L'aeroplano era interamente in lega leggera e aveva autonomia di ca. 3000 km alla velocità di crociera di ca. 535 km/h. Nel campo degli aviogetti monomotore militari, nel 1947 i Sovietici realizzarono un caccia di notevoli caratteristiche: il Mikojan Gurevič Mig 15 con ala bassa a freccia con diedro negativo (piegata in basso) e una grande deriva recante in alto piani di coda a freccia. L'apertura alare era di 10,08 m e la lunghezza di 11,05 m; toccava i 1075 km/h a 12.000 m di quota; aveva un'autonomia di ca. 1400 km; era armato di mitragliatrici e razzi. Di poco inferiore l'americano North American F 86 Sabre con ala a freccia a diedro positivo (piegata in alto), apertura alare di 11,90 m e lunghezza di 11,41 m; aveva autonomia di ca. 1200 km e velocità di 985 km/h; anch'esso era dotato di razzi. La possibilità di usare turboreattori per aeroplani da trasporto portò, nel 1953, gli Inglesi a realizzare il De Havilland (Hawker Siddeley) DH 106 Comet, con ala bassa a freccia di apertura 36,05 m; aveva fusoliera con muso assai lungo e una lunghezza totale di 23,38 m; era dotato di quattro turboreattori posti appaiati alla radice delle semiali; trasportava fino a 48 passeggeri alla velocità di 788 km/h alla quota di 10.700 m e aveva un'autonomia di 2800 km. Dopo due anni di brillante esercizio questi aeroplani ebbero due incidenti disastrosi; durante le prove sperimentali cui furono sottoposti venne in luce che i materiali usati, dopo un certo numero di ore di volo, cedevano di colpo per fatica. Le vibrazioni e gli attriti a cui erano sottoposti provocavano, infatti, cedimenti nella struttura cristallina delle leghe che, alla fine, si rompevano nei punti critici. Ciò richiese lo studio di nuovi criteri di progettazione e di nuovi trattamenti termici delle leghe usate e soprattutto numerose e imponenti prove nel corso delle quali a una cellula sperimentale veniva applicata una sollecitazione equivalente a molti anni di servizio. Inoltre fervevano studi per la definizione di leghe più adatte per le alte velocità in vista del volo a velocità superiori a quella del suono. Furono quindi ideate nuove strutture del rivestimento sia delle ali sia della fusoliera (struttura a nido d'ape) e vennero sperimentate nuove forme di ali e fusoliere. Nel 1950 gli Statunitensi avevano sperimentato, senza successo, un bombardiere praticamente formato da una grande ala triangolare a delta (tuttala), propulso da otto turboreattori, il Northrop YB 49; questo aeroplano, detto anche “ala volante”, toccava gli 800 km/h. Le esperienze con le ali a freccia e a delta contribuirono allo sviluppo degli studi e alla ricerca di soluzioni pratiche per quel che riguarda i profili, la forma delle ali e la resistenza aerodinamica, in massima parte resistenza di attrito, a causa anche della necessità di volare a velocità sempre più elevate. La fusoliera venne ancor più affinata per diminuire l'attrito del veicolo, in particolare a bassa quota dove maggiore è la densità dell'aria. Per gli aeroplani da trasporto la posizione reciproca ala-fusoliera venne studiata così da disporre il baricentro del carico trasportabile (che di solito capita all'incirca a metà lunghezza della cabina) in corrispondenza dell'ala. Nello stesso periodo furono continuati gli esperimenti per far volare gli aeroplani a velocità superiori a quella del suono: la barriera del suono era stata superata fin dal 1947 dagli aviorazzi: il Bell X 1, portato ad altissima quota da un grande bombardiere, aveva toccato in picchiata i 2970 km/h. Tuttavia, il primo aeroplano operativo che riuscì a viaggiare a velocità supersonica (1325 km/h), nel 1955, fu il North American F 100 C Super Sabre, mosso da un turboreattore; aveva ala a freccia con apertura alare di 11,82 m e lunghezza di 15,09 m. Da tale data si intensificarono gli studi teorici e sperimentali sul volo supersonico e vennero provate in galleria del vento forme idonee di ala, di piani di coda, di timoni; furono elaborati nuovi tipi di leghe e di rivestimenti delle strutture adatti a resistere al calore sviluppato dal forte attrito con l'aria. I più significativi aeroplani supersonici degli anni Sessanta del secolo scorso furono il Mig 21 sovietico, il Phantom F 4 statunitense e il Mirage F III francese. Questi aeroplani avevano in comune la forma della fusoliera, affinata nella parte anteriore e con un restringimento nella sezione centrale: ciò consentiva una più corretta applicazione della regola delle aree che permette di ridurre la resistenza d'onda dell'accoppiamento ala-fusoliera. Il Mikojan Gurevič Mig 21, del 1958, era un monoreattore con ala a delta di apertura 7,15 m e lungo 14,30 m; raggiungeva i 2150 km/h a 12.000 m con autonomia di 630-1200 km. Il Dassault Mirage III, del 1960, era un monoreattore con ala a delta di apertura 8,22 m e lungo 13,85 m; toccava i 2230 km/h a 12.000 m con autonomia di 630-1300 km. Il McDonnell F 4 Phantom, del 1963, era un bireattore con ala a freccia di apertura 11,70 m e lungo 17,76 m; aveva una velocità di 2230 km/h a 12.000 m con autonomia di 610-890 km. Questi aeroplani furono armati con cannoncini, missili e bombe per attacchi a volo radente; inoltre furono dotati di nuove apparecchiature elettroniche. Le esperienze acquisite in campo militare e lo sviluppo dell'aviazione civile portarono, nella stessa epoca, a un notevole perfezionamento degli aeroplani per i trasporti civili. Accanto agli aeroplani di linea per passeggeri vennero realizzati grandi apparecchi per il trasporto merci, spesso derivati da analoghi modelli militari, quali i quadrimotori turboelica Lockheed C 130 Hercules, statunitense, del 1965, e Antonov AN 22 Antei, sovietico, del 1967. Il primo, di cui sono stati costruiti più di 1000 esemplari, aveva un'apertura alare di 40,41 m ed era lungo 34,35 m; trasportava carichi da 33 a 70 t con velocità e autonomie proporzionate comprese tra 560-600 km/h e fra 3800-8000 km. Il secondo, con apertura alare di 64,40 m e lunghezza di 57,80 m, trasportava da 45 a 250 t, con velocità di 600-750 km/h e autonomie di 5000-11.000 km. Gli aeroplani da trasporto adattati per carichi voluminosi vennero costruiti in modo che una sezione della fusoliera potesse essere completamente aperta così da consentire il passaggio di grandi autoveicoli o di interi missili. Tra gli aerei civili, il francese Sud Aviation Caravelle, del 1958, aveva apertura alare di 35,66 m ed era lungo 32,04 m; trasportava 85 passeggeri alla velocità di 845 km/h; aveva due turboreattori posti lateralmente alla coda e un'autonomia di 2500 km. I quadrireattori statunitensi Douglas DC 8 e Boeing 707, del 1959, avevano i motori entro gondole sospese all'ala: il primo, lungo 45,60 m e con apertura alare di 43,40 m, trasportava 135 passeggeri alla velocità di 885 km/h con autonomia di 5000 km; il secondo, lungo 45,85 m e con apertura alare di 43,11 m, trasportava 130 passeggeri alla velocità di 890 km/h con autonomia di 5500 km. Il sovietico Tupolev TU 114, del 1961, era un quadrimotore turboelica tradizionale con autonomia di oltre 9000 km; aveva apertura alare di 52,93 m, lunghezza di 55,47 m e trasportava 170 passeggeri alla velocità di 780 km/h. L'inglese Hawker Siddeley (De Havilland) Trident, del 1962, aveva tre turbomotori, posti due lateralmente e uno superiormente al cono di coda (soluzione che si è affermata in molti aeroplani): lungo 37,03 m e con apertura alare di 28,29 m, trasportava 115 passeggeri alla velocità di 870 km/h, con autonomia di 3200 km. Il sovietico Iljušin IL 62, quadrireattore del 1963, adottò la soluzione dei motori in coda: lungo 53,12 m e con apertura alare di 43,20 m, trasportava 186 passeggeri alla velocità di 910 km/h con autonomia di 4000 km. Lo statunitense Boeing 727, del 1963, iniziò l'era degli aeroplani di grande capacità a lungo raggio: aveva tre turboreattori disposti come nel Trident, apertura alare di 32,92 m, lunghezza di 40,59 m e trasportava ben 340 passeggeri alla velocità di 915 km/h, con autonomia di 7500 km. La sicurezza del mezzo aereo era ormai assicurata dal progresso tecnologico e dal crescente utilizzo di dispositivi e impianti a terra elettronici.

Il problema dei consumi

Già all'inizio degli anni Settanta dello scorso secolo sorsero nuovi problemi connessi con la sicurezza della navigazione, i costi della manutenzione, i consumi, l'inquinamento atmosferico e da rumore. Il ritmo del progresso, per gli aeroplani civili, divenne meno incalzante non solo per i costi ma anche per le ridotte possibilità di miglioramenti del mezzo. Si è invece raffinata la tecnica costruttiva grazie al largo impiego di computer di bordo e di nuove tecnologie quali la produzione di materiali speciali (vetroresine, fibre di carbonio, leghe al titanio), la fresatura elettrochimica, l'incollaggio metallo-metallo. Inoltre si è diffuso l'utilizzo di componenti elettronici negli impianti di bordo e nei dispositivi di controllo dell'aeroplano. Nel campo dei motori si sono andate affermando le turboventole che consentono notevoli risparmi di carburante. Due le tendenze costruttive per gli aeroplani civili: per venire incontro alle esigenze di risparmio e a quelle poste dai voli charter, sono stati costruiti aeroplani (Lockheed L 1011 Tristar – uscito di produzione nel 1984 – e McDonnell Douglas DC 10, statunitensi; Airbus A 300, coproduzione anglo-franco-tedesca) con fusoliera di grande capacità (wide bodies), da cui è possibile derivare aeroplani da carico e il cui prototipo è l'ormai affermato quadrireattore statunitense Boeing 747 Jumbo del 1970. Possono trasportare da 300 a oltre 500 passeggeri, a velocità intorno ai 900 km/h, con autonomia fra 5000 e 11.000 km. Per i voli a medio raggio, divenuti con poche eccezioni patrimonio dei bimotori, si è teso a migliorare prestazioni e autonomia di aeroplani in grado di trasportare da 130 a 200 passeggeri, con velocità medie intorno agli 850 km/h, con autonomie sui 5000 km (Boeing 757, 767, 777, statunitensi; Tupolev e Iljušin, sovietici; Hawker Siddeley, BAe, Vickers, inglesi; Aérospatiale e Dassault-Bréguet, francesi). Anche se tecnicamente riusciti, sono stati un'esperienza inutile, a causa degli altissimi costi di esercizio, i supersonici civili BAC/Aérospatiale Concorde (entrato in servizio nel 1976, ha raggiunto un totale di soli 14 esemplari operativi) e il russo Tupolev TU 144, ritirato dal servizio dopo l'incidente avvenuto al salone aeronautico di Parigi del 1976 nel quale andò perso un esemplare durante un'esibizione in volo. I progressi dell'avionica hanno permesso, invece, di realizzare aviogetti militari sempre più sofisticati, anche se nel campo delle velocità oltre i 3000 km/h si urta contro le notevoli difficoltà della cosiddetta barriera termica. Ciò, unito a un diverso impiego bellico degli aeroplani supersonici, ha portato allo sviluppo degli aeroplani con ala a geometria variabile, quali il Dassault Mirage G , il General Dynamics F 111 E, il Grumman F 14 Tomcat, i Mikojan Gurevič Mig 23 e 27, i Sukhoi Su 17 e 19, e alla comparsa di una nuova generazione di assaltatori. Questi sono aeroplani capaci di velocità massime grosso modo comprese tra i 1500 e i 2400 km/h, di cui il rappresentante più avanzato è il bireattore anglo-italo-tedesco Panavia Tornado, capace di attaccare con consistenti carichi offensivi obiettivi posti a distanze comprese tra i 720 e i 1200 km. Dotazioni elettroniche eccezionalmente sviluppate hanno permesso di utilizzare alcuni aeroplani come postazioni radar volanti, che permettono di estendere considerevolmente la rete antimissili. Unendo queste caratteristiche a raffinati sistemi di radiocomunicazione via satellite, sono stati costruiti aeroplani con funzioni di “posto di comando volante”, che possono garantire l'efficienza dell'organizzazione difensiva e offensiva di una nazione anche quando i centri di controllo a Terra vengano messi fuori uso.

L'affermarsi dell'avionica

Gli anni Ottanta dello scorso secolo hanno visto l'affermazione sempre più massiccia dell'elettronica di bordo, o avionica, l'impiego crescente dei materiali compositi e l'evolversi dei propulsori, realizzati con tecnologia turboventola ad altissimo rapporto di diluizione verso spinte sempre maggiori (32.000 kg). Inoltre gli accurati studi di modellistica fluidodinamica e la potenza dei computer adoperati per la progettazione hanno permesso l'affinamento dell'aerodinamica dei velivoli e delle turbomacchine, con conseguenti riduzioni di consumo specifico e aumento delle autonomie. Il progresso dell'elettronica, oltre a migliorare le telecomunicazioni, l'assistenza al volo e la sicurezza dell'aeroplano, ha ridotto il carico di lavoro dei piloti, permettendo equipaggi di volo composti da sole due persone (pilota e copilota). Pietre miliari di quest'evoluzione sono state l'adozione degli all glass cockpit e l'introduzione del fly-by-wire e del fly-by-light che utilizza fibre ottiche. Nel settore dei motori la corsa al minor consumo, oltre che da motivi economici, è dettata dalla necessità di aumentare autonomie e carichi paganti e da quella di ridurre l'impatto ambientale. In particolare sono state limitate notevolmente le emissioni acustiche per consentire le operazioni in vicinanza dei centri abitati durante le ventiquattro ore. In quegli anni si è verificato un enorme aumento della domanda di trasporto aereo che ha indotto le compagnie aeree ad aumentare notevolmente l'offerta di posti, mentre la concorrenza causata dalla deregulation in questo settore ha fatto sì che la produttività del mezzo e la sua economicità di acquisto ed esercizio divenissero fondamentali ai fini del successo commerciale. Queste considerazioni hanno dato origine, tra i costruttori, a due filosofie: la prima, seguita dalla Boeing e dall'Airbus Industrie, è stata quella di proporre prodotti nuovi, ad alto costo di sviluppo e quindi di acquisto, ma con minimi costi operativi, perciò di grande produttività commerciale. La seconda è stata sostenuta e perseguita dalla McDonnell Douglas che ha lanciato sul mercato due serie di velivoli, MD 80 (con i suoi derivati) e MD 11, che sono versioni più grandi e moderne dei vecchi DC 9 e DC 10, equipaggiate con i più avanzati ritrovati della tecnica. Questi aeroplani hanno avuto minori costi di sviluppo e di acquisto, consentendo quindi ammortamenti più rapidi e minori sforzi finanziari, pur conservando costi operativi accettabilmente bassi. La strada intrapresa dalla McDonnel Douglas, però, si è rivelata sbagliata, probabilmente per limitazioni intrinseche ai modelli scelti come base per lo sviluppo, con una progressiva riduzione degli ordini e delle vendite fino al definitivo assorbimento da parte della Boeing che, peraltro, ha intrapreso una politica molto simile sviluppando un vecchio e valido modello quale il B 737, fino a portarlo alla soglia degli anni 2000. Comune a tutti i modelli presentati è la grande flessibilità operativa, la possibilità di avere versioni adatte al trasporto misto merci/passeggeri (dette Combi) e a grande autonomia. Quest'ultima caratteristica, risultato del continuo affinamento dei particolari più che di veri progressi tecnologici, si è rivelata particolarmente utile per i vettori che affrontano i mercati del Pacifico in continua espansione, per i quali si richiedono autonomie dell'ordine delle sette o ottomila miglia, pari a ca. 12.500 km (Boeing B 747/400, MD 11 e Airbus A 340). Alla fine del decennio si è poi ricominciato a parlare di trasporti supersonici (SST-Super Sonic Transport), su basi di effettiva redditività commerciale, con un mercato potenziale stimato intorno alle 500 macchine e velocità comprese tra Mach 1,8 e 2,5. Tali tendenze sono state tuttavia bruscamente raffreddate, all'inizio degli anni Novanta, dalla stagnazione del trasporto aereo indotta dalla crisi del Kuwait e, dopo una breve ripresa, dalla generale recessione economica, conclusasi nel 1994, che ha visto di nuovo l'espansione del trasporto aereo ma con ritmi più ridotti (6% annuo). Sono rimasti, inoltre, pressoché insoluti i problemi di compatibilità ambientale presentati dall'SST. In questo panorama i costruttori hanno sempre più battuto la strada degli aeroplani concepiti per adattarsi alle esigenze economiche delle compagnie aeree, subordinando l'introduzione di nuove tecnologie alla loro convenienza economica. In particolare l'accento è stato messo sulla progettazione dei grandi bimotori a lungo raggio (Boeing B 777 e Airbus A 330) cui è stata riconosciuta la possibilità di volare fino a tre ore consecutive dal più vicino aeroporto utile per un eventuale atterraggio di emergenza, grazie all'affidabilità dimostrata dai propulsori e dall'impiantistica di bordo. Dal punto di vista militare gli anni Ottanta hanno visto l'affermarsi dei concetti di supermanovrabilità nei combattimenti tra caccia (Dog fight) e di stealth, ovvero della ricerca dell'invisibilità ai radar e ai sensori a raggi infrarossi. La supermanovrabilità è stata ottenuta dai caccia sia del blocco occidentale (Dassault Raphale) sia di quello orientale (Su 27), in grado di raggiungere incidenze intorno ai 120 gradi nella manovra di rallentamento a quota costante durante il combattimento. Gli anni Novanta hanno visto il definitivo diffondersi di configurazioni con ala a delta e canard, in genere prossime o oltre il limite della stabilità, e soprattutto l'adozione di turbogetti a ugelli vettoriali, che riescono a orientare la spinta nella direzione più utile (un po' come l'elica nei motori fuoribordo marini). Le due maggiori realizzazioni nel campo dell'invisibilità sono state il Northrop B 2 bombardiere strategico tuttala e il Lockheed F 117, cacciabombardiere, che ha partecipato all'invasione di Panamá del 1989 e ha dimostrato tutto il suo valore in termini tattici durante i bombardamenti sull'Iraq (guerra del Golfo) nel 1991. La dissoluzione del blocco sovietico ha di fatto posto fine per almeno un decennio alla corsa agli armamenti, facendo cessare la necessità di rinnovare i prodotti ogni dieci o quindici anni. Di tale situazione si sono immediatamente avvantaggiati i governi occidentali nel tentativo di ridurre gli ormai insostenibili bilanci della difesa e di frenare l'escalation continua dei costi unitari di acquisizione (80 o 90 milioni di dollari per un caccia da superiorità aerea). Tra le vittime illustri si possono annoverare (oltre a tutta la produzione di punta dell'industria ex sovietica) il bombardiere invisibile Northrop B 2 (con la produzione ridotta a un totale di quindici esemplari dei 100 previsti originariamente), il caccia europeo Eurofighter EF 2000 Typhoon (ridotto in numero di esemplari e caratteristiche di volo e i cui tempi di consegna sono stati allungati), nonché il successore statunitense dei caccia di prima linea, il Lockheed YF 22, il cui programma è destinato a subire, nel migliore dei casi, considerevoli ritardi. Quest'ultimo aeroplano (capace di crociera supersonica a Mach 2 senza postbruciatore) doveva riunire le esperienze fatte nel campo della supermanovrabilità e in quello della bassa rilevabilità al radar. L'attività principale si è quindi rivolta al miglioramento del prodotto esistente attraverso l'introduzione di apparati propulsori migliorati, radar millimetrici ad alte prestazioni, e a una sempre più raffinata avionica di bordo, in grado di eseguire missioni diurne e notturne e di acquisire, interpretare e scambiare informazioni tattiche in maniera automatizzata. Il naturale esaurimento degli aeroplani in dotazione ai reparti, dovuto agli incidenti e all'accumularsi delle ore di volo, ripropone comunque il problema del loro rimpiazzo, con esemplari che devono rispettare i bilanci, ma che non possono non tenere conto dei progressi fatti nel frattempo. Sempre in campo militare è da segnalare la comparsa del convertiplanoBoeing/Bell V 22 Osprey, la cui struttura è realizzata interamente in materiali compositi. Malgrado le grandi aspettative, lo sviluppo di tale mezzo è stato ostacolato da una serie di incidenti che continuano a minacciarne l'entrata in servizio. I materiali compositi sono stati peraltro largamente adoperati anche sui business jet ad autonomia transcontinentale (Dassault Falcon 900 e Canadair Challenger) e sui turboelica ad architettura canard (Starship) o a terza superficie portante (Piaggio P 180). Rimane particolarmente vivace la ricerca nel campo dei piccoli aerei sperimentali con prestazioni elevate che adottano strutture realizzate interamente in composito.

Le prospettive del Terzo Millenio

La fine del millennio ha visto riaccendersi la competizione tra i giganti dell'aviazione civile, Boeing e Airbus, impegnati in una complessa scommessa sul futuro dell'aviazione. L'Airbus ha infatti lanciato la sfida al primato della casa costruttrice statunitense con il lancio dell'A 380, quadrimotore a getto capace di trasportare da 600 a 800 passeggeri a seconda delle versioni. Scopo di tale realizzazione, che insidia e sorpassa la Boeing nel suo mercato tradizionale, quello del B 747 Jumbo Jet, è di offrire un costo inferiore del 15-20% a quello dei concorrenti. Tale risultato è ottenuto con una fusoliera interamente a doppio ponte. La Boeing, poco fiduciosa sulla reale consistenza del mercato per un tale aereo, ha preferito scommettere sul lancio di un aereo di nuova concezione, battezzato provvisoriamente Sonic Cruiser, in grado di volare a Mach 0,95 con un'autonomia inorno ai 16.000 km, e quindi in grado di risparmiare quasi il 10% dei tempi di volo, pari a circa 40 minuti sulla Londra-New York, ma che può significare anche quattro ore su una tratta molto lunga quale New York-Sidney. Entrambe queste scommesse, lanciate nel 2001, avranno bisogni di almeno 5 anni per produrre mutamenti consistenti nel panorama dell'aviazione. Dal punto di vista militare la principale rivoluzione attesa nei cieli è l'estensione dei compiti dei velivoli teleguidati alle missioni di attacco (UCAV Unmanned Combat Aerial Vehicol) cosa che fa ritenere che nel futuro le prime fasi di ogni conflitto, specialmente quella di annullamento della componente antiarerea del nemico, verranno svolte da velivoli teleguidati, riservando agli equipaggi umani solo le operazioni in quei cieli nei quali sia stata raggiunta la supremazia. Per quanto riguarda i velivoli pilotati, la ricerca dell'invisibilità al radar sarà la forza che condizionerà la forma delle cellule, i materiali utilizzati e le soluzioni tecnologiche adottate.

Tecnica: caratteristiche e strutture

Anche se non è possibile giungere a una classificazione assolutamente rigorosa, i diversi elementi dell'aeroplano possono essere contraddistinti dalle loro fondamentali caratteristiche aerodinamiche: l'ala è l'elemento che fornisce la maggior parte della forza portante (portanza) ma, a causa della viscosità dell'aria, della comprimibilità e dell'energia cinetica corrispondente alla velocità con cui viene deviata verso il basso onde fornire, per reazione sulla superficie portante, la forza sostentatrice, si verifica un complesso di fenomeni a spese di una certa dissipazione di energia che si estrinseca nella comparsa di una resistenza aerodinamica. I piani di coda producono portanze considerevolmente inferiori a quelle dell'ala, e corrispondentemente resistenze pure limitate, mentre viceversa forniscono rilevanti momenti stabilizzanti e di controllo rispetto al baricentro del velivolo. La fusoliera e il carrello possono infine essere considerati organi esclusivamente resistenti, e, nel caso del carrello, in misura tanto rilevante da giustificarne la retrazione. Ogni aeroplano viene studiato e realizzato per venir impiegato entro limiti di quota e di velocità che sono andati continuamente allargandosi; anche se la tecnica tende generalmente a ottimizzare le caratteristiche di un determinato velivolo in previsione di una sua utilizzazione entro gamme relativamente ristrette di quote e di velocità, le condizioni ottimali d'impiego di un aeroplano moderno prevedono la possibilità di volare a quote di parecchie migliaia di metri e rapporti, tra le velocità massime raggiungibili e le minime possibili, pari a 10 e anche più. Un'idea dell'ampiezza del campo di quote e velocità entro cui un aeroplano moderno può operare, noto anche come “inviluppo di volo”, può dedursi dalla constatazione che qualsiasi passeggero di linea aerea viaggia oggi a ca. 1000 km/h a 11.000 e più metri d'altezza e che i reparti da caccia di tutte le principali aeronautiche militari sono dotati di aviogetti le cui prestazioni sono nettamente superiori a quelle dei più prestigiosi aeroplani da primato degli anni passati. Fondamentale importanza ha la struttura sia della fusoliera sia delle ali e delle superfici mobili. Quella più largamente impiegata per le fusoliere è la struttura a guscio, che permette di conciliare esigenze aerodinamiche e di robustezza e si presta alla realizzazione di cabine pressurizzate. Strutture a traliccio in tubi vengono utilizzate solo per aeroplani di peso e prestazioni limitati, oltre che per alcuni elementi di velivoli realizzati con altre tecniche, per esempio nei castelli motore. La costruzione in legno, pur avendo fornito eccellenti prove anche su aeroplani di elevate prestazioni e su aviogetti, viene adottata per piccoli aeroplani costruiti su scala artigianale. Un aeroplano con struttura a guscio in lega leggera è sostanzialmente costituito dal rivestimento metallico esterno, chiodato e/o incollato a elementi interni. Nel caso della fusoliera, una serie di diaframmi trasversali e di correnti longitudinali permette di irrigidire le lamiere del rivestimento, in modo da ottenere un fasciame capace di sopportare i carichi taglianti, flettenti, torcenti e quelli eventualmente dovuti alla pressurizzazione interna. L'ala e anche i piani di coda sono invece costruiti con un rivestimento fissato su una serie di centine, grosso modo disposte parallelamente all'asse longitudinale del velivolo, e su uno o più longheroni, disposti parallelamente all'apertura alare. Correntini di irrigidimento permettono di far collaborare alla resistenza flessionale dell'ala anche il rivestimento, che sopporta di norma i carichi torcenti; si ottiene così un cassone resistente nel quale possono venir alloggiati i serbatoi del combustibile. Le superfici mobili hanno solitamente una struttura basata su uno o più longheroni e su centine, con un bordo d'attacco resistente a torsione che negli aeroplani supersonici è rivestito di titanio. La struttura di un aeroplano, salvo nel caso di velivoli particolarmente semplici, è alquanto complessa, e un suo corretto dimensionamento costituisce un problema ingegneristico di notevoli proporzioni, anche per la necessità sempre presente di contenere il peso dell'aeroplano entro i minimi valori possibili. Elemento base per il dimensionamento è la conoscenza dei carichi che insistono sulla struttura, i quali possono venir determinati attraverso l'analisi delle possibili condizioni di volo dell'aeroplano. A ogni velocità di volo è sempre possibile che, eseguendo brusche manovre o trovandosi a volare in aria agitata, l'aeroplano risulti soggetto a forze aerodinamiche notevolmente superiori a quelle che si verificherebbero se l'aeroplano, alla stessa quota e velocità, volasse in aria calma su una traiettoria rettilinea e orizzontale. In queste ultime condizioni la portanza dell'aeroplano è uguale e contraria al suo peso, mentre nelle citate condizioni di manovra e nel volo in aria agitata ogni variazione di portanza (rispetto al valore che si ha nel volo orizzontale, rettilineo e uniforme) provoca la comparsa di forze di massa conseguenti alle accelerazioni cui l'aeroplano risulta sottoposto. Si può tuttavia definire il rapporto tra la portanza che si manifesta in una generica condizione di manovra del pilota, o di volo in aria agitata, e la portanza che si avrebbe, alla stessa quota e velocità, in volo orizzontale, rettilineo e uniforme o, meglio, tra l'accelerazione complessiva cui l'aeroplano è soggetto e l'accelerazione di gravità. Questo rapporto, che viene indicato con la lettera n, è detto fattore di carico, e la sua conoscenza alle diverse velocità di volo (unitamente alla conoscenza della posizione del baricentro dell'aeroplano e delle sue caratteristiche aerodinamiche di stabilità e controllabilità) rende possibile la determinazione dei carichi che insistono sulle diverse parti del velivolo e quindi il dimensionamento di queste. I diagrammi che forniscono, in funzione della velocità di volo, i valori dei fattori di carico risultanti da manovra e da raffiche sono di primaria importanza ai fini del progetto strutturale. Un corretto dimensionamento delle strutture di un aeroplano, che garantisca la capacità di sopportare i carichi che su di queste insistono, non è però sufficiente ad assicurarne l'immunità nei confronti di pericolosi fenomeni aeroelastici, che impongono elevate rigidezze, contropesatura adeguata e realizzazione accurata delle cerniere delle superfici mobili, opportune caratteristiche elastiche e inerziali della struttura nelle sue varie sezioni. Un'ulteriore esigenza da soddisfare è, infine, quella di assicurare un buon comportamento della struttura nei confronti dei fenomeni di fatica, particolarmente pericolosi per costruzioni sottoposte a carichi soggetti a ripetersi nel tempo, data la necessità di contenere il peso del mezzo entro limiti ristretti. La struttura di un aeroplano deve avere caratteristiche di “vita sicura” per i suoi elementi più importanti ed essenziali (cioè questi debbono sopportare con sicurezza le alternanze di carico previste per l'intera vita dell'aeroplano) e di “sicurezza al collasso” per l'intera struttura, che deve essere realizzata in modo che il cedimento di uno qualunque dei suoi elementi non ne annulli la capacità di sopportare, sia pure per un tempo limitato, i carichi che su di essa insistono.

Tecnica: architettura e parti costituenti

L'aeroplano è costituito da un insieme di singoli elementi, organi, apparecchiature e strumenti, concorrenti alla massima funzionalità del mezzo, di cui i fondamentali sono l'ala, il (o i) propulsore (i), gli organi di stabilizzazione e di governo, la fusoliera, gli organi di guida, di atterraggio e involo, gli strumenti di controllo, di navigazione e pilotaggio, gli impianti ausiliari . L'ala fornisce la forza sostentatrice (portanza), necessaria al volo nell'aria, grazie alle pressioni che vengono a stabilirsi sulla sua superficie, per effetto del moto relativo aeroplano-aria, che si estrinseca nella comparsa di una resistenza aerodinamica. Nell'ala sono sistemati i principali organi di controllo della stabilità dell'aeroplano, in particolare gli alettoni, che assicurano la stabilità laterale e consentono all'aeroplano determinate manovre. Altri organi che trovano posto nell'ala sono i flaps e i freni aerodinamici. Sempre nell'ala, nel caso dell'aeroplano a più motori, trovano sovente sistemazione le gondole e le carenature con i motori stessi. A seconda del numero delle ali l'aeroplano si dice monoplano (un'ala) e biplano (due ali); i primi sono quelli più usati. L'ala può assumere forme geometriche e configurazioni diverse (a freccia, a delta, a geometria variabile) ed essere inserita nella fusoliera in diverse posizioni che possono contraddistinguere anch'esse un aeroplano (ad ala alta, media, bassa, arretrata). Il propulsore fornisce la trazione (o la spinta) necessaria agli spostamenti nell'aria e permette di equilibrare la resistenza, di accelerare in fase di decollo e durante le evoluzioni di volo e di far guadagnare quota durante la salita. I propulsori aeronautici sono tutti del tipo a combustione interna: mentre per potenze relativamente ridotte (inferiori a 500 CV) si fa larghissimo uso del motore alternativo, con una prevista rivalutazione dei motori a ciclo Diesel, per potenze più elevate vengono impiegati turboelica (si sono raggiunti i 15.000 CV) oppure turboreattori (si ottengono già spinte oltre i 23.000 kg). Poco usati, invece, il pulsoreattore, il motoreattore e lo statoreattore; di tipo sperimentale, e destinato a velocità nettamente supersoniche, è il motore a razzo, le cui possibilità di utilizzazione sono peraltro pesantemente pregiudicate dagli elevatissimi consumi. Le caratteristiche di tutti questi propulsori sono troppo poco elastiche per adattarsi soddisfacentemente alle ampie variazioni di quota e di velocità tipiche di qualsiasi aeroplano. L'aeroplano può assumere diverse denominazioni riferite al numero di motori dei quali è dotato: monomotore, bimotore, trimotore, quadrimotore e in genere plurimotore quando ha più di quattro motori. I motori possono essere contenuti entro lo spessore dell'ala, o appesi all'ala tramite dei pianetti di forza, oppure sistemati nella parte di coda. Gli organi di stabilizzazione e di controllo servono a far sì che le condizioni di equilibrio in cui il volo viene effettuato risultino stabili; è necessario, cioè, che l'aeroplano, a prescindere da qualsiasi azione correttiva del pilota, tenda automaticamente a ritornare nelle condizioni di equilibrio, ove per qualsiasi causa accidentale dovesse abbandonarle, e che sia possibile al pilota variare queste a piacere. Tale condizione, stabilita come essenziale agli albori dell'aviazione, è però rimessa in discussione nei moderni aeroplani civili e militari, dove, per esigenze diverse di consumo ridotto e alta manovrabilità, l'aeroplano è spesso intrinsecamente instabile, utilizzando un sistema di stabilizzazione automatico (accoppiato a un sistema di comandi di volo fly-by-wire). Oltre agli organi di stabilizzazione e di governo posti nelle ali, vi sono quelli posti in fondo alla fusoliera, normalmente costituiti dai piani di coda (vedi impennaggio) di cui il verticale prende il nome di deriva e l'orizzontale di stabilizzatore. Questi portano gli organi di controllo, parti mobili costituite da equilibratori per la stabilità orizzontale e timone verticale per gli spostamenti laterali: equilibratori e timone sono dotati di piccole superfici, i flettners, che servono a modificare o correggere l'assetto dell'aeroplano in rapporto al carico trasportato, alle condizioni ambientali e alle caratteristiche specifiche di ogni aeroplano. La fusoliera, oltre a contenere il carico utile del velivolo e, generalmente nel caso di aeroplano monomotore, il propulsore, serve per collegare l'ala agli impennaggi; deve avere il massimo ingombro con la minima resistenza. È composta solitamente da tre parti: posto di pilotaggio (con la sistemazione per i piloti e gli altri uomini di equipaggio); cabina e/o stiva (con le sistemazioni per i passeggeri e/o le merci, negli aeroplani civili; per il carico bellico, negli aeroplani militari); sezione di coda (in cui sono posti i comandi per gli impennaggi e gli eventuali motori). Vi sono diverse configurazioni della fusoliera studiate in rapporto ai compiti dei vari aeroplani (trasporto, bombardamento, combattimento, ricognizione, sorveglianza radar, turismo, ecc.). Gli organi di atterraggio e d'involo sono costituiti dal carrello (negli aeroplani terrestri), da galleggianti (in alcuni idrovolanti), da sci nei velivoli che debbono operare su neve. Gli organi di controllo e di comando, spesso servoassistiti e automatizzati (fly-by-wire e fly-by-light), servono per stabilizzare e dirigere l'aeroplano (volantino, barra pedaliera), per il sistema propulsivo (manetta del gas), per le superfici mobili (flaps, freni aerodinamici, deflettori), per il carrello d'atterraggio retrattile (leva a comando manuale, selettore per comando elettrico), per far variare il passo dell'elica nel caso di propulsori a elica. I principali strumenti indispensabili al volo di qualsiasi aeromobile sono: gli indicatori di velocità, quali l'anemometro di quota, l'altimetro e il radioaltimetro; di salita e discesa, quale il variometro; di variazioni dell'assetto, quali il virosbandometro e l'orizzonte artificiale; di orientamento, quali il girorizzonte e la radiobussola. Inoltre vi sono strumenti di controllo dei vari impianti di bordo che assumono importanza fondamentale nel determinare le possibilità d'impiego e la sicurezza dell'aeromobile. L'impianto di alimentazione, facente capo ai serbatoi di combustibile (benzina, nel caso di aeroplani con motore alternativo, o cherosene, per gli aeroplani con motore a turbina), è completato dalla rete di tubazioni, che assicura l'erogazione del combustibile alle unità motrici, dalle pompe, dai filtri e dai rubinetti per il controllo, dall'eventuale impianto per il rifornimento in volo e, per la maggior parte degli aeroplani militari, dai serbatoi supplementari sganciabili. L'impianto idraulico, costituito da una rete di tubazioni che fornisce olio sotto pressione, viene normalmente utilizzato per la retrazione e l'abbassamento del carrello, la manovra degli ipersostentatori e dei martinetti azionanti tutte le superfici mobili. Comprende anche serbatoi del fluido idraulico, pompe che consentono di ottenere rilevanti pressioni di esercizio (che giungono oltre le 280 atm), rubinetti, valvole e accumulatori di pressione. Tale impianto e gli altri sistemi di bordo sono sempre più spesso comandati attraverso microelaboratori e sono allo studio impianti basati su attuatori elettrostatici, in cui ciascun attuatore incorporerà la propria pompa dell'olio azionata da un proprio motorino elettrico, in modo da eliminare la necessità dei serbatoi centralizzati di fluido idraulico e delle tubazioni di collegamento, consentendo notevoli risparmi di peso. Inoltre verrà diminuita la vulnerabilità alle esplosioni in volo delle linee idrauliche, causa di vari incidenti gravi, in quanto l'aeroplano rimane senza controllo. L'impianto elettrico, oltre a fornire energia alle pompe del combustibile e dell'olio, assicura l'illuminazione interna ed esterna dell'aeroplano, l'alimentazione delle apparecchiature di radionavigazione, dei numerosi strumenti e di parte almeno dell'impianto di protezione antighiaccio. Fondamentale, su tutti gli aeroplani destinati a volare a quote elevate, è l'impianto di pressurizzazione e di condizionamento, che permette di mantenere nell'interno della fusoliera confortevoli condizioni di abitabilità anche nel volo a quote stratosferiche nelle quali la temperatura esterna è dell'ordine di -55 ºC e la pressione si riduce a meno di un quinto di quella che si ha al livello del mare. L'impianto pneumatico, spesso alimentato da un'apposita unità ausiliaria a turbina, serve per l'avviamento dei propulsori e l'alimentazione di alcuni tipi di apparecchiature antighiaccio. L'impianto antincendio, che segnala ogni pericolo di incendio o di anormali aumenti di temperatura, eroga, se necessario, fluido estintore nei vani alloggianti i motori o apparecchiature che possono costituire potenziali cause di incendio. Gran parte degli impianti di bordo, un'avaria dei quali potrebbe pregiudicare la corretta condotta del velivolo o renderla addirittura impossibile, è duplicata e in determinati casi anche triplicata, in modo da consentire loro di assolvere i compiti previsti. Nuovi materiali, più resistenti alle sollecitazioni e allo stesso tempo più leggeri, motori con consumi più contenuti e maggiore efficienza, una cabina di pilotaggio in cui i tradizionali strumenti meccanici vengono sostituiti da schermi a raggi catodici a colori glass cockpit, comandi di volo trasmessi con cavi elettrici e fibre ottiche anziché i tradizionali tubi dell'impianto idraulico sono i progressi di cui si sono giovati gli aeroplani civili e militari dei primi anni Novanta del Novecento, sebbene l'alleggerimento delle tensioni internazionali conseguenti al crollo dell'URSS abbia sottratto risorse ai programmi di ricerca avanzata. Tutto ciò ha rallentato il progresso nel settore hi-tech e molti programmi di studio nel settore civile, che prosperavano all'ombra più o meno velata della ricerca militare, sono stati interrotti o gravemente penalizzati come, per esempio, quelli sullo spazioplano o sul propfan. Inoltre, verso la fine degli anni Ottanta, sembrava che i materiali compositi a matrice plastica dovessero avere una progressione di impiego sempre maggiore a discapito dei materiali metallici. La messa a punto della lega alluminio-litio ha invece rimesso tutto in discussione; si tratta di una lega che permette un alleggerimento di circa il 15% rispetto al classico alluminio aeronautico. I costruttori guardano con interesse a queste possibilità che evitano i notevoli cambiamenti tecnologici imposti dai compositi e permettono invece il mantenimento delle tradizionali tecniche di messa in opera. Il mercato mondiale della lega alluminio-litio, limitato, nel 1989, a poche centinaia di tonnellate, ha conosciuto negli anni successivi una notevole espansione. Una particolare famiglia di materiali che sembra invece in costante diffusione e progressione di impiego è quella dei compositi cosiddetti a matrice organica; con una crescita media annua del 6-7%, hanno già conquistato il 4% del mercato che rappresenta però il 12% in termini di valore del mercato delle materie plastiche. Il mercato dei compositi ad alte caratteristiche utilizzabili per elementi strutturali sta avendo quindi una crescita media annuale che è da quattro a cinque volte maggiore di quella dell'acciaio, crescita che sarebbe senz'altro maggiore anche in settori non aerospaziali se non fosse frenata dal costo di materiali avanzati (aramide, carbonio). L'alto prezzo dei compositi ad alte caratteristiche limita il loro uso solo alle applicazioni aerospaziali di punta dove tutto è finalizzato alla limitazione del peso. Sul fronte del risparmio di carburante e dell'aumento delle prestazioni, non passa anno che l'aerodinamica non proponga nuove soluzioni; non si tratta di soluzioni rivoluzionarie, ma non di meno sono molto importanti; basta pensare che un'economia dell'1% nel consumo di carburante può rappresentare per una compagnia un risparmio notevolissimo. I traguardi più promettenti raggiunti in campo aerodinamico sono tutti tendenti all'ottenimento di superfici (sia ali sia fusoliera) con un flusso laminare più regolare possibile. Sulle superfici aderisce infatti uno strato d'aria dell'ordine di decimi di millimetro (detto “strato limite”) la cui velocità varia da zero per la porzione a contatto con la superficie dell'aereo, alle centinaia di chilometri l'ora per le porzioni più esterne dello strato. Più il flusso di questo strato limite è ordinato, laminare (cioè simile a quello di lame che scorrono l'una sull'altra), privo di vortici, minore è la resistenza aerodinamica. Per regolarizzare il flusso superficiale erano state tentate in passato molte strade, poi via via abbandonate, come quella dell'ala con microscopici forellini attraverso i quali veniva aspirata aria allo scopo di tenere “attaccato” lo strato limite, a favore principalmente di due sistemi. Il primo, adottato anche dal Piaggio P 180, consiste nell'arretrare lo spessore massimo dell'ala dal 30 al 50% della corda. Il flusso laminare dello strato limite, che di solito non si estende oltre il 15-20%, arriva così fino oltre la metà della corda dell'ala. Il secondo sistema si basa sull'osservazione che in acqua i pesci più veloci (squali, delfini, tonni) non sono mai quelli con la superficie più liscia, ma quelli con la pelle ruvida. La società statunitense 3M ha così messo a punto un sottile foglio di plastica autoadesiva con superficie leggermente ruvida (come la pello di uno squalo), che la Airbus ha sperimentato su un modello dell'A 320 in galleria del vento e su un A 300-600 della Lufthansa, ottenendone un risparmio di carburante tra l'uno e il due per cento. La ruvidità di questa pellicola plastica è ottenuta con una superficie percorsa da microsolchi distanti 0,12 mm l'uno dall'altro e con un rilievo di 0,06 mm. I fogli sono di 50 per 80 cm e vengono applicati in modo che i solchi abbiano una inclinazione di circa dieci gradi rispetto alla direzione di volo. Le prove sull'A 300 della Lufthansa sono state fatte soprattutto su rotte africane e asiatiche e i fogli di plastica hanno dimostrato di reggere in modo ottimale lavaggi e intemperie almeno per i cinque anni che passano tra una verniciatura e l'altra dell'aereo. Altre tecnologie aerodinamiche rivoluzionarie sono in via di sperimentazione: aeroplani con cellula a forma di cardioide che sfrutterebbero il principio aerodinamico (waverider) per scivolare sulle onde di pressione catturate con una particolare conformazione inferiore della fusoliera-ala quasi triangolare; propulsi da motori ramjet o scramjet, questi velivoli potrebbero raggiungere velocità da 4 a 25 Mach e quote da 30 a 90 km. Nel settore dei materiali con cui vengono costruiti i motori aeronautici a scoppio e a getto, continuano a diminuire gli impieghi di metalli che hanno accompagnato fin dall'inizio lo sviluppo di questi motori. Nelle previsioni più recenti si parla di una riduzione del nichel, indispensabile nelle leghe utilizzate nei turboreattori per garantire la resistenza alle sollecitazioni meccaniche e termiche, dal 45% degli anni Novanta al 15% nel 2015. Lo stesso titanio, di utilizzazione relativamente recente, passerà dall'attuale 28% a meno del 15% nel 2015. In crisi anche l'acciaio: il suo impiego, ormai sceso al 20%, continua a ridursi. Peraltro si ipotizza che nel giro di un ventennio, il 30-40% dei materiali utilizzati per i motori sarà costituito da nuovi compositi a base di fibre e titanio oppure fibre e ceramiche, oggi alle prime applicazioni su parti operanti a regimi, temperature e sollecitazioni elevatissime. Nel frattempo si fa di tutto per eliminare anche la più piccola imperfezione: nuove tecniche magneto-ottiche sono state messe a punto per accertare la presenza di eventuali difetti di fusione in delicati organi delle turbine sfuggiti a esami di altro tipo. La necessità di ottenere consumi con costi inferiori e un minore inquinamento ambientale stanno spingendo la ricerca verso la sperimentazione di carburanti alternativi alla benzina avio e al cherosene per l'alimentazione di motori a pistoni e jet. Fra le principali industrie, la tedesca Dasa (Deutsche Aerospace) e la russa Tupolev hanno studiato, ognuna per proprio conto, un aeroplano da trasporto passeggeri alimentato con idrogeno liquido. Fin dal 1988 i Russi hanno fatto volare un trireattore sperimentale Tupolev 155 a idrogeno liquido e, in seguito, a metano liquido. I Tedeschi stanno studiando invece il progetto di un aeroplano completamente nuovo, con il serbatoio dell'idrogeno liquido ricavato in tutta la parte superiore della fusoliera, da far entrare in commercio per il 2010. Principale vantaggio delle propulsione a idrogeno liquido è il costo molto basso (da due a quattro volte meno caro del cherosene) e la sua grande disponibilità, oltre a un potere energetico 15 volte superiore a quello del derivato petrolifero. Anche dal punto di vista ambientale questo tipo di propulsione risulterebbe competitivo, dato che le emissioni di ossidi di azoto risultano una volta e mezza più basse e quelle di anidride carbonica ridotte del 15-20%. Il maggior problema che si oppone all'impiego di motori a idrogeno consiste nel fatto che, a parità di resa, occorrono serbatoi di volume cinque volte maggiore rispetto a quelli utilizzati per il cherosene.

Tecnica: lo sviluppo dei materiali

Negli anni Ottanta e Novanta del Novecento i progressi tecnici compiuti nel settore aerodinamico e tecnico, che hanno portato a una lenta e costante evoluzione dell'aeroplano, sono stati oscurati da quelli compiuti nello specifico comparto elettronico (vedi avionica), dove, con l'avvento dei sistemi digitali, si è verificata una vera e propria rivoluzione. Gli aeroplani civili hanno visto una lenta evoluzione guidata soprattutto dalla necessità di abbattere i costi sia di acquisizione sia di esercizio. Un generalizzato miglioramento dell'aerodinamica attraverso l'uso massiccio ed estensivo dei programmi di simulazione numerica dei flussi con caratteristiche dinamiche e tridimensionali ha permesso di esaminare con più attenzione i fenomeni locali dipendenti da ciascuna configurazione (per esempio l'interferenza all'attacco ali/fusoliera). Ciò ha portato alla riduzione della resistenza aerodinamica, inducendo una corrispondente diminuzione del consumo di combustibile e quindi un aumento delle autonomie. Le strade seguite consistono nell'adozione delle alule all'estremità delle ali (chiamate generalmente winglets, ovvero alette) per la riduzione della resistenza indotta e attraverso l'ottimizzazione delle caratteristiche di porosità e levigatezza delle superfici. Quest'ultimo elemento è particolarmente importante vista l'enorme superficie sia delle ali sia della fusoliera dei moderni aviogetti di linea. Oggetto di interesse è anche la riduzione dell'intensità dei vortici di scia lasciati dagli aeroplani al loro passaggio. In questo caso una riduzione consistente di tali vortici, soprattutto nelle fasi di decollo e di avvicinamento e successivo atterraggio, permetterebbe di abbassare in maniera consistente i tempi minimi di separazione tra un aeroplano e l'altro, con grande beneficio per lo smaltimento del traffico. Non mancano i programmi di ricerca avanzata di tipo rivoluzionario, quali l'adozione delle ali aeroelastiche. Questo tipo di ala è realizzata in maniera da adattare la forma del proprio profilo alle esigenze di portanza che si verificano nel corso del volo, eliminando la necessità delle superfici mobili quali alettoni e aerofreni. La variazione del profilo viene ottenuta attraverso l'adozione di materiali flessibili e la variazione dell'incidenza dei bordi di attacco e di uscita dell'ala. I progressi in termini di peso sono notevoli (una riduzione stimata del 30% rispetto a un'ala convenzionale). Il settore più vivo dal punto di vista delle innovazioni tecnologiche è quello dell'aviazione d'affari, dove le prestazioni e il livello di comfort sono normalmente legati alla classe di aeroplano, e quindi è molto importante, ai fini della penetrazione sul mercato, offrire consistenti incrementi senza aumentare le dimensioni e il costo dell'aeroplano. Tra questi va citato in particolare il Raytheon Premier, con la fusoliera a sezione circolare, realizzata interamente in materiale composito e accoppiata con ala metallica, che consente una fortissima riduzione dei pesi e un aumento dello spazio disponibile all'interno della cabina, in quanto alla fine del processo costruttivo la fusoliera risulta spessa solo 20 mm. Le applicazioni dei materiali compositi (principalmente resine epossidiche rinforzate con fibre di carbonio) stanno riprendendo quota, dopo un periodo di delusione seguito all'entusiasmo iniziale, con l'introduzione anche sul mercato civile delle macchine per il taglio e la posa automatica dei vari strati di tessuto che compongono il pezzo. Ciò ha permesso di ridurre i costi (mantenuti alti anche dalla necessità di reperire personale altamente specializzato) e gli scarti, e di controllare in maniera soddisfacente le tolleranze dimensionali. Permangono però tutti i dubbi legati alla durata e alla riparabilità sul campo, nonché agli effetti inquinanti sull'ambiente a seguito di un incidente, allorché un incendio potrebbe portare un grave inquinamento da fibre. È incominciata invece la sperimentazione in servizio (attraverso la sostituzione di alcuni pannelli di fusoliera di un A 310 convertito a usi militari) dei pannelli realizzati in alluminio rinforzato da fibra di vetro (denominato Glare: GLass fiber Alumininium REinforced) che permette un risparmio del 10% in peso, ma consente l'uso delle normali tecniche di riparazione per gli attuali pannelli in alluminio. Anche per le strutture metalliche tradizionali è in atto uno strenuo sforzo per migliorare l'efficienza dei processi di fabbricazione, soprattutto attraverso l'uso più esteso delle tecniche di CAD/CAM/CAE (Computer Aided Design, Manufacturing, Engineering, ovvero progettazione, costruzione e industrializzazione della fabbricazione assistita dal computer). I vantaggi consistono nella drastica riduzione dei tempi di assemblaggio delle varie sezioni di fusoliera e alari, grazie alla fabbricazione più accurata. Un grande impulso ha ricevuto la sostituzione di componenti precedentemente assemblati in lamiera con altri ricavati da forgiati e realizzati con macchine da taglio a controllo numerico, per esempio per le centine alari. La flessibilità introdotta dalla possibilità di realizzare differenti componenti a partire dagli stessi forgiati consente inoltre una riduzione notevole sia delle scorte di magazzino sia dei tempi di consegna degli aeromobili agli operatori. Infine è aumentato l'uso di componenti forgiati ricavati da materiali nobili quali il titanio, dovuto al generale ribasso dei costi di questo metallo a seguito del crollo dell'industria aeronautica sovietica. La principale evoluzione del mezzo aereo prevedibile al momento è la fusione dei principale elementi che lo compongono, l'ala e la fusoliera, in un unico insieme, detto corpo portante (lifting body). Soluzione intermedia è costituita da una migliore integrazione delle due componenti (blended wing-body). In questo tipo di configurazioni, dei quali sono precursori sia i veicoli spaziali riusabili sperimentali, sia (anche se con diverso carattere) il bombardiere invisibile B 2, la fusoliera perde la sua caratteristica forma “a fuso”, e si allarga in una grande superficie portante simile, come forma, a quella di una manta. Rispetto alla formula tradizionale, il principale vantaggio offerto da questo tipo di configurazioni è il grande spazio disponibile per l'alloggiamento dei passeggeri. Infatti i passeggeri possono essere sistemati in quasi tutto il corpo dell'aeroplano, mentre impianti e serbatoi del combustibile possono essere sistemati in aree meno pregiate o comunque dove lo spessore delle superfici non consente più l'altezza d'uomo. La posizione dei motori viene diversificata a seconda delle anticipazioni, e sono allo studio sia soluzioni che vedono affogati i motori nel corpo dell'aeromobile, sia altre che li vedono sollevati e installati su piloni che hanno anche la funzione di derive. La configurazione a corpo portante permette inoltre, a parità di carico utile, grandi risparmi in termini di peso del velivolo, in quanto tutta la superficie dell'aeromobile contribuisce a generare la portanza necessaria al volo. La ridotte dimensioni, a parità di carico utile, nonché l'enorme spessore delle superfici portanti consentono un uso più razionale del materiale destinato all'irrigidimento. Le dimensioni ridotte limitano in maniera consistente le sollecitazioni dovute ai momenti flettenti. È inoltre prevista l'applicazione di tecniche di controllo attivo dello strato limite allo scopo di aumentare la portanza e diminuire la resistenza. L'evoluzione degli aeroplani militari da superiorità aerea, così come quella degli aeroplani da bombardamento, ha subito un arresto, in quanto le attuali piattaforme sembrano adeguate e si preferisce investire sullo sviluppo di sensori in grado di individuare il nemico anche in presenza di vegetazione, rilievi montuosi e avverse condizioni meteorologiche, e di armi intelligenti in grado di colpire quando l'aeroplano è ancora al di fuori del raggio di azione delle difese nemiche (stand-off). Inoltre non è ancora ben chiaro quale sarà il tipo di compiti ricoperti dai mezzi telecomandati nelle azioni di guerra, nonché il grado di autonomia e l'intera dottrina operativa. L'esperienza positiva del B 2 Spirit, in grado di colpire qualunque parte del mondo partendo dalle basi negli USA, sta spingendo gli stati maggiori a richiedere per la metà del XXI secolo bombardieri in grado di raggiungere rapidamente qualunque parte del mondo, e quindi probabilmente aeroplani ipersonici a traiettoria suborbitale. La capacità di trasporto è invece legata strettamente alle prestazioni degli aeroplani che compongono gli stormi, e quindi è attivissima la ricerca per realizzare aeroplani in grado di surclassare gli attuali velivoli. Tra i concetti sul tavolo dei progettisti spicca l'Advanced Theater Transport (Trasporto Avanzato di Teatro di operazioni), progettato in modo da sfruttare la portanza della fusoliera e delle ali per ottenere distanze di decollo ultracorte. Dal punto di vista aerodinamico l'ATT si presenta avanzatissima, utilizzando il concetto del blended wing-body, e facendo a meno della coda. Le ali sono in grado di ruotare verso l'alto, in modo da permettere ai quattro motori, che muovono altrettanti propfan, di dirigere opportunamente la spinta. Anche nel campo militare il progresso risiede soprattutto nella massiccia applicazione dell'avionica a tutte le fasi della missione. Gli aeroplani da combattimento hanno nel software di missione la loro arma principale, sia di offesa sia di difesa. Questa circostanza ha limitato in maniera considerevole le risorse disponibili per gli studi volti a incrementare l'efficienza delle altre parti dell'aeroplano, con l'esclusione della configurazione aerodinamica che deve inoltre adattarsi alle esigenze di ridurre l'osservabilità ai radar. Quest'esigenza sta condizionando in maniera sempre più decisa lo sviluppo dei nuovi aeroplani da combattimento, quale il Joint Strike Fighter (JSF), con l'adozione di particolari tecniche quali le stive armi poste ai lati della fusoliera o il mascheramento della turboventola, principale elemento riflettente l'energia radar. Si è andata poi affermando la configurazione detta delta/canard (Eurofighter Typhoon, Dassault Rafale, Saab Gripen), ovvero una formula canard (dove le superfici stabilizzanti sono anteriori all'ala) accoppiata a un'ala a delta. In questo caso le alette canard, data la loro vicinanza all'ala, servono anche a dirigere meglio il flusso d'aria su di essa agli alti angoli d'attacco. Per quanto riguarda gli aeroplani da trasporto, grande importanza viene data, oltre ai ridotti costi di esercizio e acquisizione, alle prestazioni di decollo e di atterraggio corti. Di ormai generale adozione è l'uso di Head Up Display.

Progetti speciali

Sempre maggiore è l'interesse per aeroplani in grado di raggiungere e operare nella stratosfera, in modo da costituire un anello di congiunzione tra le normali missioni di pattugliamento o ricerca espletate dagli aeroplani e quelle affidate ai satelliti in orbita bassa. Incominciate all'epoca delle guerre stellari, allo scopo di piazzare sensori e armi in grado di intervenire contro i missili balistici a medio e corto raggio direttamente sul teatro bellico, le ricerche sono invece dirette verso una serie di realizzazioni che vedono il loro utilizzo sia per scopi scientifici sia per ponti radio per le telecomunicazioni. Solo una piccola parte di questi progetti ha dato luogo ad aeroplani pilotati; tra questi spicca il Proteus, specificamente destinato a missioni di spionaggio e ricerca, che è il primo aeroplano in grado di cambiare la propria configurazione a seconda del tipo di missione da compiere. Il Proteus è infatti composto da una serie di moduli di base e da altri moduli che vengono aggiunti a seconda del tipo di missione da compiere.

Bibliografia

C. D. Perkins, R. E. Hage, Airplane Performance, Stability, Control, New York, 1949; M. Ribaldone, Aeronautica generale, Torino, 1957; E. Brotzu, G. C. Garello, Aerei italiani nel dopoguerra, Roma, 1978-83; M. Albin, Motori per aeromobili, Napoli, 1980; E. Angelucci, Guida agli aeroplani di tutto il mondo, Milano, 1982.