Ring wing, l’aereo ad ala circolare. Sicurezza ed ecosostenibilità

Se si alzano gli occhi verso il cielo, ovunque nel mondo, c’è la possibilità di vedere volare un aereo. Magari più di uno. Oltre 4,5 miliardi sono le persone che oggi viaggiano in aereo in un anno. 

Un servizio garantito dal lavoro di 10 milioni di persone, con una flotta totale di oltre 30 mila aerei per assicurare 100.000 voli al giorno, oltre 170 decolli al minuto, che coprono più di 50 mila rotte. Il fatturato globale annuo delle compagnie aeree tocca i 900 miliardi di dollari.

A fine 2023 le compagnie aeree avranno speso oltre 215 miliardi di dollari per il carburante, pari al 28% dei loro costi. In poco più di un secolo l’evoluzione dell’aereo è stata imponente e altri significativi passi in avanti sono previsti specie sul piano della sicurezza e della ecosostenibilità. Sono passati quasi 120 anni da quel 17 dicembre 1903 quando i fratelli Orville e Wilbur Wrigth effettuarono presso Kitty Hawk in Carolina del Nord il primo volo della storia con il loro Flyer. Quel volo di 12 secondi a un’altezza massima di 40 metri segnò la nascita dell’aviazione. Il Flyer aveva una apertura alare di 12 metri e peso di 340 Kg, pilota compreso, spinto da un motore a scoppio a quattro cilindri e 12 CV di potenza. Era un biplano, cioè aveva due coppie di ali sovrapposte, non una sola come gli aerei moderni. Per volare, non bastano le ali. L’aveva illustrato Leonardo da Vinci nei suoi progetti sulle macchine volanti ispirate allo studio degli uccelli: i passeggeri avrebbero dovuto salire, pedalare o muovere le braccia, alzandosi in volo.

Ma la forza dei muscoli non consentiva il sollevamento da terra. Le ali erano elemento importante ma per volare serviva più energia. Quella energia giunta con il primo motore a scoppio funzionante inventato nel 1854 da Eugenio Borsanti e Felice Matteucci, con il primo motore a combustione interna realizzato nel 1860 dal francese Lenoir installato dal 1870, senza successo, anche su macchine per volare fino al gran colpo dei fratelli Wright. Comunque, il primo volo riconosciuto ufficialmente in Europa di un apparecchio più pesante dell’aria in grado di decollare autonomamente è quello effettuato il 12 novembre 1906 dal brasiliano Alberto Santos-Dumont. Il primo aereo italiano fu realizzato nel 1908 da Aristide Faccioli. Il resto è cronaca. Il 27 luglio 1949, nel Regno Unito decollava il primo aereo di linea con motori a getto, il de Havilland DH 106 Comet, subito superato dagli statunitensi Boeing e Douglas, monopolizzatori del mercato in Occidente. Su su, con i cieli sempre più coperti da aerei sempre più imponenti e veloci. Il 2 marzo 1969 faceva il suo primo volo il Concorde, l’aereo da trasporto supersonico che il 4 novembre 1970 toccava per la prima volta Mach 2, il doppio della velocità del suono, cioè 2450 Kmh! Il tragico volo del 25 luglio 2000 con la morte di tutti i 100 passeggeri e dei 9 membri dell’equipaggio portarono poi il 24 ottobre 2003 alla chiusura del Concorde in un museo. Dal primo aereo dei fratelli Wrigth all’ultimo Concorde, oltre al propulsore, fondamentale è sempre stata l’ala, perfezionata e adattata alle nuove esigenze.

Il Concorde aveva un’ala a delta ogivale (pressochè triangolare che richiama la lettera maiuscola greca delta) senza piani di coda orizzontali e con un lunghissimo bordo d’entrata che si protendeva fin quasi dalla cabina equipaggio. L’ala vera e propria era molto più arretrata, con una corda molto larga e un’apertura relativamente ridotta. Configurazioni che necessitavano di un elevato angolo d’attacco in fase di decollo e di atterraggio provocando limiti di visibilità ai piloti. La soluzione fu un espediente complesso ma efficace: il Concorde poteva modificare la posizione del cono del muso, che si inclinava verso il basso per consentire la migliore visibilità ai piloti durante i decolli e gli atterraggi, per poi riallinearsi con la fusoliera durante il volo. Fermiamoci qui. Anzi proseguiamo, ma solo parlando di ali d’aereo. L’aereo vola grazie al motore e sale, resta in cielo e scende, grazie alle ali, in particolare grazie alla portanza (forza verso l’alto) che esse generano. La portanza è la spinta che l’aereo riceve dall’aria sulle ali: essa è sempre diretta perpendicolarmente al piano delle ali. In condizioni di volo rettilineo, la portanza bilancia esattamente la forza-peso. In curva, l’aereo inclina il piano alare, così che la portanza assume una componente che fornisce forza centripeta.

Ed ecco l’ultima trovata, la “ring wing”, l’ala chiusa: un’ala che ha effettivamente due piani principali che si fondono alle sue estremità, quindi non ci sono punti d’ala convenzionali. I concept design ad ala chiusa includono l’ala anulare (nota come ala cilindrica o ad anello), l’ala unita, l’ala di scatola e i dispositivi a punta di spiro. In altre parole un aereo ring wing è un aereo con le ali circolari. Le ali circolari sono progettate per generare portanza in modo più efficiente delle ali tradizionali. Questo perché le ali circolari non generano vortici d’estremità d’ala, che sono una fonte significativa di resistenza. Così questo tipo di aereo di linea potrebbe risultare migliore di quelli attuali. In sintesi, la portanza è la forza aerodinamica che sostiene un aereo in volo: è creata dal movimento dell’aria sopra e sotto l’ala. Le ali tradizionali generano portanza con una forma ad arco. L’aria scorre più velocemente sopra l’ala che sotto, creando una differenza di pressione che solleva l’ala stessa.

Tuttavia, le ali tradizionali generano anche vortici d’estremità d’ala. I vortici sono rotazioni d’aria che si formano all’estremità dell’ala: sono causati dalla separazione del flusso dell’ala. I vortici d’estremità d’ala creano resistenza, che rende più difficile per l’aereo volare. Le “ring wing” (ali circolari) non generano vortici d’estremità d’ala. Questo perché il flusso d’aria scorre sempre attorno all’ala in modo laminare. La larghezza dell’ala è uguale alla sua circonferenza, quindi il flusso d’aria non può separarsi. La mancanza di vortici d’estremità d’ala rende gli aerei “ring wing” più efficienti dal punto di vista energetico. Possono volare a velocità maggiori con la stessa quantità di carburante degli aerei tradizionali. Sono anche più silenziosi e producono meno emissioni. 

Gli aerei ring wing presentano anche una serie di altri potenziali vantaggi, tra cui: maggiore manovrabilità, maggiore resistenza agli urti, maggiore sicurezza. 

Tuttavia, anche gli aerei ring wing hanno i loro limiti: tra questi maggiore complessità e tempi più lunghi di progettazione e costruzione, costi più elevati. Rivoluzione o evoluzione, dunque? L’idea di un aereo ad ala “chiusa” dalla forma “circolare”, a scatola o a riquadro, viene da lontano e, fin ora, non si può dire che è andata lontano.

Non c’è stata una applicazione significativa restando nell’ambito della sperimentazione teorica e, in fasi alterne, nella realizzazione di progetti mai andati oltre il concetto di prototipo. Tirate le somme, l’idea di un aereo ad ala “circolare” o ad ala “chiusa” torna d’attualità, pronta – anche sotto la spinta di colossi quali Airbus e Boeing- si dice forse anche troppo ottimisticamente, ad essere presto messa in pratica. Un aereo così è ritenuto più sicuro e sostenibile: forse meglio usare il condizionale e dire “sarebbe”. Intanto si possono godere nel web le immagini di alcuni siti e la riproposizione di un video con il “rendering” dell’aereo con ala ad anello ideato dalla Lockheed oltre quarant’anni fa, all’inizio degli anni 80. Trattasi di un “concept plane” che, visto così, fa tutt’ora effetto anche se una domanda s’impone: può davvero volare quel “coso”?