I principi del volo degli elicotteri

Gli elicotteri sono aeromobili che usano eliche orizzontali (chiamate rotori) per volare. I principi del volo degli elicotteri si basano sulle stesse leggi fisiche che permettono agli aerei ad ala fissa di volare. Il design dei rotori permette agli elicotteri di salire verticalmente, restare fermi in aria e muoversi all'indietro. Tuttavia, questo stesso design limita anche la velocità.

Aerodinamica

L'aerodinamica studia le forze che agiscono sugli oggetti in movimento nell'aria e il movimento dell'aria stessa. Quattro forze agiscono su qualsiasi aeromobile, inclusi gli elicotteri. Il peso è la forza di gravità. La portanza è la forza dell'aria sulle pale del rotore, che contrasta la gravità. La spinta è la forza che muove l'aeromobile nell'aria, creata dalle pale del rotore principale. La resistenza è la forza dell'aria contro l'aeromobile mentre si muove.

Principio di Bernoulli

Il fisico Daniel Bernoulli scoprì questo principio osservando che la pressione dell'acqua aumenta quando un tubo si restringe. L'aria è soggetta allo stesso principio attraverso gli aerofili dell'elicottero. Sia le pale del rotore principale che quelle di coda sono aerofili. La curvatura fa sì che l'aria sopra la pala si muova più velocemente di quella sotto, creando una zona di bassa pressione sopra l'elicottero, generando portanza. La portanza dipende da cinque fattori: superficie, forma, velocità, densità dell'aria e angolo dell'aerofilo (angolo di attacco).

Coppia

La terza legge di Newton afferma che a ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. Quando il rotore principale gira, crea una contro-rotazione nella fusoliera. Questo è la coppia. Gli elicotteri grandi usano un rotore orizzontale che gira in direzione opposta al primo. Altri hanno un rotore di coda verticale, che usa il principio di Bernoulli per contrastare la coppia.

Controllo Direzionale

Un elicottero che si muovesse solo su e giù non sarebbe molto utile. Regolando il passo degli aerofili si ottiene il controllo direzionale. Quando gli aerofili del rotore principale sono inclinati in avanti, la loro portanza crea movimento in avanti. Un angolo di attacco maggiore significa più velocità. Inclinati all'indietro, l'elicottero arretra. Aumentando o diminuendo la velocità del rotore secondario, l'elicottero gira a sinistra o destra.

Comprimibilità dell'Aria

Mentre l'aerofilo si muove nell'aria, questa si divide in due flussi che passano sopra e sotto la pala. A basse velocità, serve poca energia per dividere l'aria. Ad alte velocità, l'aria che colpisce il bordo dell'aerofilo si comprime e diventa più difficile da dividere. Questa comprimibilità limita la velocità degli elicotteri. L'effetto è simile a quello dell'acqua. Immergendosi lentamente c'è poca resistenza. Facendo un tuffo a pancia in giù, sentite l'effetto della comprimibilità dell'acqua.