Aeroplano

Un aeroplano è una macchina a motore più pesante dell'aria che vola grazie ad ali fisse, con un motore che la spinge in avanti e superfici mobili per guidarla. Wilbur e Orville Wright compirono i primi voli a motore controllati e prolungati a Kitty Hawk il 17 dicembre 1903.

Che cos’è

Un aeroplano vola perché l’aria che scorre attorno alle ali lo sostiene. A differenza di un pallone è più pesante dell’aria che attraversa, quindi deve continuare a muoversi per restare in volo. Gli servono tre cose insieme: ali che producano portanza, un motore con elica (o un reattore) che spinga la macchina in avanti contro la resistenza dell’aria, e comandi che permettano al pilota di tenerla in equilibrio e di guidarla dove vuole.

La macchina della tavola è il Flyer dei fratelli Wright, del 1903: un biplano di abete rosso e frassino rivestito di mussola grezza. Il pilota stava sdraiato a pancia in giù sull’ala inferiore. Accanto a lui un piccolo motore a benzina azionava, con catene simili a quelle di una bicicletta, due eliche di legno poste dietro le ali. L’equilibratore era davanti, una coppia di timoni di direzione dietro. Non aveva ruote e decollava da una rotaia di legno posata sulla sabbia.

Come funziona

Un’ala è curva sopra e inclinata di poco rispetto all’aria che arriva. Devia l’aria verso il basso, e l’aria spinge l’ala verso l’alto. Sopra l’ala la pressione cala, sotto aumenta; questa differenza, distribuita su tutta la superficie, è la portanza. A parità di ala e di angolo, la portanza cresce con il quadrato della velocità, perciò un aereo ha bisogno di una velocità minima per volare. Inclinare di più l’ala aumenta la portanza solo fino a un certo punto: oltre, il flusso si stacca dal dorso e l’ala va in stallo.

L’aria che avvolge un’ala curva viene deviata verso il basso, e in cambio l’ala viene spinta verso l’alto.

Il motore deve vincere la resistenza dell’aria. I Wright consideravano le loro eliche come ali rotanti e le progettarono con i dati della propria galleria del vento. Le due eliche giravano in senso opposto, così che i loro effetti di coppia si annullassero.

Il controllo fu il grande contributo dei Wright. Un aereo può ruotare attorno a tre assi. Il beccheggio (muso su o giù) si regolava con l’equilibratore anteriore, mosso da una leva nella mano sinistra del pilota. Il rollio (inclinare le ali) veniva dallo svergolamento alare: spostando i fianchi nella culla, il pilota tirava cavi che torcevano le estremità delle ali in senso opposto, così un’ala portava più dell’altra. La stessa culla muoveva i timoni di direzione, per evitare che in virata il muso andasse dalla parte sbagliata. Gli alettoni, superfici incernierate sulle ali, sostituirono poi lo svergolamento, ma il principio dei tre assi è rimasto.

Come costruirlo

I primi aeroplani nacquero in piccole officine che conoscevano la lavorazione del legno e la costruzione di biciclette. Quanto segue spiega le scelte da fare e il metodo dei pionieri. Non è un progetto, e nessuno dovrebbe far volare un velivolo autocostruito senza addestramento, ispezione e le autorizzazioni richieste nel proprio paese.

Provare prima di costruire. I Wright fecero volare alianti nel 1900, 1901 e 1902 e nel 1901 costruirono una piccola galleria del vento per misurare portanza e resistenza di modelli d’ala. Le loro tabelle sostituirono dati pubblicati in precedenza che avevano scoperto essere sbagliati.

Una struttura di legno leggero a fibra dritta. Longheroni e montanti erano di abete rosso, le centine curve di frassino. L’insieme era una gabbia controventata: i montanti tenevano distanziate le due ali e tra di essi si incrociavano fili d’acciaio. Le campate centrali erano controventate in modo rigido, mentre le parti esterne delle ali potevano torcersi un poco per lo svergolamento.

Rivestire le ali. La mussola era tagliata e tesa in sbieco sulle centine, con i fili in diagonale, il che rinforzava il rivestimento.

Trovare un motore leggero. I Wright non trovarono nessun fabbricante disposto a fornire un motore abbastanza leggero e potente, perciò il loro meccanico Charlie Taylor costruì in circa sei settimane un quattro cilindri raffreddato ad acqua, con il basamento fuso in alluminio per risparmiare peso.

Bilanciarlo. In senso longitudinale il baricentro deve trovarsi nel punto giusto rispetto alla portanza, altrimenti la macchina si impenna o si mette in picchiata. Anche lateralmente i pesi devono compensarsi: il motore stava di fianco al pilota, perciò i Wright allungarono un poco l’ala destra.

Sicurezza. Un’elica in rotazione è invisibile e può uccidere: non mettetevi mai nel suo raggio d’azione e non avviate mai un motore a mano senza addestramento. La benzina e i suoi vapori prendono fuoco facilmente. Le strutture di legno e tela cedono senza preavviso se un giunto o un cavo sono danneggiati. Volare richiede addestramento, un velivolo integro e ispezionato e condizioni meteorologiche adatte.

Storia ed evoluzione

Lilienthal guidava i suoi alianti spostando il peso del corpo sotto le ali.

L’approccio moderno al volo cominciò con l’inglese George Cayley, che verso il 1799 separò i tre problemi della portanza, della propulsione e del controllo e più tardi fece volare alianti. In Germania, negli anni Novanta dell’Ottocento, Otto Lilienthal compì circa duemila voli planati da colline e pubblicò le sue misure. Morì nel 1896 dopo una caduta.

Wilbur e Orville Wright avevano un negozio di biciclette a Dayton, nell’Ohio. Studiarono le ricerche aeronautiche precedenti, comprese quelle di Lilienthal, poi misero alla prova le loro idee con aquiloni e alianti a Kitty Hawk, nella Carolina del Nord, scelta per i venti regolari e la sabbia morbida.

Nella loro galleria del vento del 1901 i Wright misurarono portanza e resistenza di molti piccoli modelli d’ala.

Il 17 dicembre 1903 Orville volò con il Flyer per 12 secondi, coprendo circa 37 metri (120 piedi). Quel giorno i fratelli fecero altri tre voli; l’ultimo, con Wilbur ai comandi, durò 59 secondi e coprì circa 260 metri. Poi una raffica rovesciò la macchina, che non volò mai più. Dal 1948 si trova alla Smithsonian, a Washington.

Altri seguirono presto. Alberto Santos-Dumont volò a Parigi nel 1906 e Louis Blériot attraversò la Manica nel 1909. La Prima guerra mondiale fece dell’aviazione un’industria. Negli anni Trenta i monoplani metallici sostituirono i biplani di legno, e alla fine del decennio comparvero i motori a reazione. Oggi gli aerei di linea portano diverse centinaia di persone attraverso gli oceani, e i loro comandi agiscono ancora attorno agli stessi tre assi sui quali i Wright ottennero per primi un controllo efficace.