Oggi parliamo delle basi dei principi del volo, una delle materie che gli aspiranti piloti studiano nel corso del loro viaggio verso la licenza ATPL. Andiamo ad approfondire alcuni concetti di base che riguardano l’atmosfera e spiegare cosa significa Atmosfera Standard Internazionale (I.S.A), elemento fondamentale per ogni pilota.
L’Atmosfera: La Panoramica
Prima di tutto: cos’è l’atmosfera? Il termine deriva dal greco e significa “sfera di gas”. Di fatto, l’atmosfera può essere definita un sottile involucro che avvolge i pianeti e ruota insieme a loro attorno al sole. Il gas risente dell’attrazione gravitazionale del pianeta, e diventa sempre più “rarefatto” man mano che ci allontana dalla superficie del pianeta.
Distinguiamo tra l’atmosfera alta e bassa. È la seconda, la troposfera, a essere rilevante per il volo, infatti si estende per 100 km dalla superficie terrestre. In questa parte, la composizione dei gas è costante, abbiamo l’azoto con il 78% in volume e l’ossigeno per il 21%. Troviamo inoltre lo 0,94% di argon e alcuni gas in quantità molto contenute (anidride carbonica 0,03%, idrogeno 0,01%, neon 0,0012% ed elio 0,0004%).
Nei primi 10 km dalla superficie sono presenti altre due sostanze che sono molto importanti: il valore acqueo e il pulviscolo atmosferico, quindi una combinazione di particelle di ceneri, pollini e polveri di varia natura. Non le troviamo nella composizione fissa perché la loro percentuale è molto mutevole.
L’atmosfera terrestre può essere descritta in termini di densità, pressione, temperatura, umidità e viscosità. Comprendere queste componenti ci aiuterà a capire cosa accade a un aeroplano in movimento. Ogni aspirante pilota deve avere familiarità con questi elementi, sia per superare gli esami che per comprendere a fondo le basi sulle quali si fonda il volo di un aeroplano.
Densità
La densità dell’aria è il primo elemento che esploreremo. In termini semplici, è il rapporto tra la massa dell’aria e il volume che occupa. Rappresentata con il simbolo greco “rho” (ρ), la densità è una misura essenziale perché influenza direttamente il comportamento degli aerei in volo.
Ad altitudini più elevate, la densità dell’aria diminuisce a causa della riduzione della pressione. Questo significa che gli aerei devono volare più veloci o con un angolo maggiore di attacco per generare la stessa portanza rispetto a quando volano a bassa quota.
Pressione
Quando parliamo di pressione atmosferica, ci riferiamo alla forza esercitata dalle molecole d’aria su una superficie. Gli scienziati definiscono questa forza in Newton per metro quadrato (N/m²), un’unità di misura conosciuta anche come Pascal. La pressione statica è un componente chiave di questo concetto, insieme alla pressione dinamica che discuteremo più avanti.
Con l’altitudine, la pressione diminuisce. Questo perché ci sono meno molecole d’aria sopra di noi man mano che saliamo, esercitando meno forza in tutte le direzioni.
Temperatura
Nel contesto del volo, la temperatura è generalmente misurata sulla scala Kelvin. Un grado Celsius equivale a un K, semplificando le conversioni. L’aria più calda si espande perché le molecole vibrano più rapidamente, creando più spazi tra di loro, riducendo così la densità complessiva.
Per un’idea più chiara sulla conversione della temperatura, puoi usare queste formule:
- Da Celsius a Kelvin: aggiungi 273.
- Da Fahrenheit a Celsius: usa la formula
F = C * 1.8 + 32.
Umidità
L’umidità si riferisce al contenuto di umidità nell’aria. Un’aria più umida ha un minor numero di molecole di ossigeno e azoto, risultando in una densità inferiore. Questo accade perché le molecole d’acqua sostituiscono quelle più pesanti di ossigeno e azoto, riducendo la massa complessiva per unità di volume.
L’umidità varia considerevolmente a seconda della posizione geografica e delle condizioni meteorologiche, rendendo difficile trovare una correlazione diretta con l’altitudine.
Viscosità
La viscosità misura quanto una sostanza si “attacca” o resiste al movimento. Anche l’aria ha proprietà viscose, il che influenza il modo in cui fluisce attorno agli oggetti. Mentre i liquidi come l’olio possono mostrare viscosità alta, l’aria ha una viscosità relativamente bassa ma sempre presente, influenzando l’aerodinamica dei velivoli.
Atmosfera Standard Internazionale (I.S.A)
Per facilitare i calcoli di volo, i piloti utilizzano il modello dell’Atmosfera Standard Internazionale. Ecco le assunzioni chiave:
- Temperatura a livello del mare: 15°C
- Pressione a livello del mare: 1013.25 hPa
- Densità: 1.225 kg/m³
- Rateo di raffreddamento: 1.98°C ogni 1000 piedi
Questi parametri rendono più semplici i calcoli aeronautici basati su condizioni atmosferiche standardizzate. Infatti, quando vi appresterete a studiare i principi di volo, vedrete che nel calcolo delle prestazioni la temperatura e la pressione saranno due variabili molto importanti.
Il Tropopausa
Solo per completezza, possiamo dire che la troposfera si estende fino a circa 36,089 piedi sopra il livello del mare, dopodiché inizia la stratosfera. Al di sopra di questo punto, la temperatura rimane costante, segnando l’inizio della tropopausa. Questa stabilità è fondamentale perché modifica il comportamento delle condizioni di volo.
Density Altitude e Pressure Altitude
Non possiamo non affrontare due temi fondamentali che sono appunto la Density Altitude che è la Pressure Altitude corretta per la variazione di temperatura rispetto a quella standard.
Questo valore ci permette di ottenere la quota reale alla quale cui stiamo volando in quel preciso momento. Indica quindi il livello di prestazione che l’aeroplano è in grado di raggiungere. E poichè la pressure altitude sale con la temperatura, è un valore di cui dobbiamo tenere conto specialmente quando calcoliamo i seguenti valori:
- la distanza di decollo (aumenterà con l’aumento della D.A.)
- il climb rate (verrà impattato negativamente, con la minor capacità di salita)
- la distanza di atterraggio (aumenterà con l’aumento della D.A.)
- la performance del motore (peggiorerà)
In linea di massima, vale la pena di ricordare che Density Altitude aumenta di circa 120 ft per ogni grado di scostamento dalla temperatura standard.
Per avere un esempio concreto, pensate ad un aeroporto in alta quota, come potrebbe essere quello di Asiago, che ha un’altidudine di 3.409 ft! Facendo un semplice calcolo: in decollo dalla pista in una giornata estiva con 30 gradi (15 sopra ISA) il vostro aeroplano avrà una prestazione come se si trovasse a 5.882 ft… e questo con la pressione standard (1012 hPa). Se poi dovesse essere una giornata con una pressione bassa, per esempio 996 hPa, la nostra quota sarebbe pari a ben 6.449 ft, quindi 3.000 ft in più rispetto all’altitudine dell’aeroporto. E’ chiaro quindi che le prestazioni del mio aeroplano saranno totalmente differenti!
Per Concludere
Abbiamo visto le nozioni base sull’atmosfera. Uno strumento che vi potrebbe aiutare nei calcoli pre-volo è l’applicazione E6B di Sportys, si può scaricare sul vostro telefono, è totalmente gratuita ed è veramente comoda. Per saperne di più, date un’occhiata a questo video.
La materia Principi di Volo fa parte del percorso ATPL che è la licenza che ti permette di essercitare l’attività di pilota di linea. Leggi qui per sapere come iniziare la tua carriera da pilota.