All’inizio della prima lezione di fluidodinamica, corso del terzo anno di Ingegneria Aerospaziale dell’Università di Pisa, il nostro professore si rivolse a noi e chiese: “Signori, secondo voi perchè un aeroplano vola?”.

Qualche mio collega particolarmente coraggioso e orgoglioso della sua nascente cultura aeronautica provò a rispondere, tirando in ballo Venturi, tubi di flusso, curvatura dei profili e molto altro.

Il professore sorrise a tutte le spiegazioni forniteci e ci disse tranquillamente: “La spiegazione è molto più semplice, un aereo vola perché ha le ali, non c’è altro da dire!”.
In realtà ci stava almeno in parte prendendo in giro, perché la totalità del suo corso annuale era la spiegazione del funzionamento delle ali, e quindi la spiegazione non era affatto semplice!

Come sempre nello studio dei problemi fisici la prima cosa da fare è semplificare il più possibile il problema, cercando di eliminare le complicazioni superflue e concentrarci sul cuore del problema. La semplificazione maggiore cui possiamo arrivare è lo studio bidimensionale di un flusso intorno ad un profilo alare. Oltre non si può andare. Purtroppo il problema fisico risultante non può essere spiegato nè col teorema di Bernoulli nè con l’effetto Coanda. Queste teorie permettono di calcolare il campo di pressione di un fluido a partire dal suo campo di velocità (o l’inverso) ma questo dato, ovvio per un fluido incomprimibile che scorre in una tubazione, è sconosciuto a priori nel caso di un flusso infinito perturbato da un corpo solido che si muove in esso.

Purtroppo l’unico modo corretto (ed efficace, cioè che fornisce dei risultati confrontabili con le sperimentazioni) per studiare il flusso d’aria intorno ad un profilo alare, e quindi ricavare il campo di pressione, rimane quello della “Teoria dei profili (alari) sottili”, non complicatissima ma comunque non riassumibile correttamente in questa sede.

Per dare solo un’idea del procedimento si tratta di risolvere le equazioni generali del flusso (equazioni di Navier-Stokes), che non sono altro che gli enunciati matematici dei principi di conservazione di massa, quantità di moto ed energia. Esse sono normalmente tanto complicate da risultare irrisolvibili in forma chiusa, ma per fortuna si possono fare alcune semplificazioni. Innanzitutto ci riduciamo al caso di un flusso incomprimibile e stazionario, molto realistico per velocità abbastanza inferiori a quella del suono. Secondariamente è necessario trascurare anche gli effetti della viscosità, tuttavia “buttando via” brutalmente anche questi termini si eliminerebbero anche quelli che spiegano la portanza. Per procedere bisogna allora fare qualche ulteriore ipotesi, come l’introduzione del concetto di strato limite per confinare la vorticità e ipotizzare che il flusso sopra e sotto l’ala si distacchi da essa con precisione nel suo bordo di uscita e non ci possa girare intorno. A questo punto il problema fisico è diverso dall’originale, ma le equazioni, sempre abbastanza complicate, sono finalmente risolvibili, anche se non con la matematica del liceo.

La conclusione è quindi che non esistono spiegazioni “banali” per descrivere l’interazione di un flusso  intorno ai profili alari, parlando rigorosamente si può dire solo che e che un aeroplano vola perché le ali sono fatte in manera tale da creare il campo di velocità, e quindi di pressione, che le sostiene. Se si vuole andare più a fondo si può ricorrere solo alla Teoria dei profili sottili nel suo insieme. Bernoulli e Coanda possono aiutare a capire qualitativamente quello che succede, ma in realtà il problema fisico dei profili alari è al di fuori del loro campo di applicabilità.

È proprio per la difficoltà a comprendere pienamente questo fenomeno fisico che l’uomo è riuscito a far volare oggetti più pesanti dell’aria solo nel secolo scorso, e che gli aeroplani conservano ancora gran parte del loro fascino e del loro mistero.