Generalità

L’ala finita, a differenza di quella infinita, è caratterizzata da una limitata apertura b, fig. 1.1,

  Fig. 1.1  Ala finita

che rende finito anche l’allungamento, espresso dalla relazione:

1.1    

Dal punto di vista geometrico un’ala finita può essere caratterizzata da sezioni costanti lungo l’apertura (ali rettangolari), ma anche variabili sia in dimensioni (ali rastremate) sia in orientamento rispetto alla corrente (ali svergolate).  Aerodinamicamente il flusso ha un comportamento tridimensionale. Mentre, infatti, in un’ala infinita la corrente è bidimensionale, in quanto la velocità di ciascuna particella è caratterizzata da componente nulla in direzione parallela all’apertura e l’andamento delle linee di corrente è sempre lo stesso in ciascun piano parallelo alla corrente, nell’ala finita l’andamento della corrente varia da sezione a sezione, assumendo caratteristiche di tridimensionalità. L’esperienza ha dimostrato che quando, a parità di angolo d’attacco, l’ala assume un comportamento tridimensionale si notano sostanziali modifiche nelle caratteristiche aerodinamiche, rappresentate da:

	diminuzione della portanza;
	aumento della resistenza;
	diminuzione dell’efficienza.

che si accentuano sempre più al diminuire dell’allungamento.

La diminuzione di portanza è dovuta alla circostanza che mentre nelle ali infinite il campo di pressione risultante intorno ad esse rimane inalterato su tutta l’apertura, fig. 2.1,  nelle ali finite le pressioni dorsali e ventrali (per la mancanza di una superficie di separazione) tendono a riequilibrarsi, determinando una portanza decrescente dalla mezzeria all’estremità, fig. 3.1.

Fig. 2.1 Andamento costante della portanza su un’ala infinita

  Fig. 3.1 Andamento variabile della portanza su un’ala finita

L’aumento della resistenza è legata alla schiera vorticosa che si viene a creare dietro l’ala, diretta conseguenza della tendenza al  riequilibrio del campo di pressioni intorno all’ala stessa. Infatti per la differenza di pressione esistente tra dorso e ventre si istaura una corrente, detta di scorrimento, fig. 4.1, dal ventre (a pressione maggiore) al dorso (a pressione minore) che modifica sostanzialmente il flusso da bidimensionale a tridimensionale.

Fig. 4.1 Andamento della corrente di scorrimento intorno ad un’ala finita 

Analizzando l’andamento dei filetti fluidi sul dorso e sul ventre non è difficile rendersi conto che sul dorso la corrente di scorrimento componendosi con quella asintotica, devia il flusso verso la mezzeria dell’ala, fig. 5.1, mentre il contrario avviene sul ventre, fig. 6.1.

Fig. 5.1  Andamento del flusso dorsale su un’ala finita

Fig. 6.1 Andamento del flusso ventrale su un’ala finita 

I due flussi, avendo direzioni diverse, quando si congiungono sul bordo d’uscita danno origine ad una serie di vortici (schiera vorticosa) denominati vortici liberi. L’intensità di tali vortici aumenta sempre più avvicinandosi all’estremità alare  dove assumono il nome di vortici marginali o vortici d’estremità. La formazione dei vortici liberi, ma soprattutto quelli marginali (particolarmente intensi), dà luogo ad un’azione frenante che prende il nome di resistenza indotta. In conclusione, la presenza dei bordi di estremità (tridimensionalità dell’ala) costituisce un effetto dannoso in quanto determina una diminuzione della portanza ed un incremento di resistenza. L’aumento della resistenza si verifica solo se s’istaura la corrente di scorrimento, cioè solo se esiste differenza di pressione fra dorso e ventre e quindi se esiste la portanza ( da cui la denominazione di indotta, cioè derivante dalla portanza). La resistenza indotta può essere, quindi, ritenuta come il prezzo da pagare per la produzione della portanza.

L’efficienza aerodinamica, essendo definita dal rapporto tra portanza e resistenza, come mostra la:

1.2 

diminuisce per la diminuzione della portanza e il contemporaneo aumento della resistenza.