L’efficienza aerodinamica E, detta anche finezza aerodinamica, è il rapporto tra portanza e resistenza aerodinamica:
Poiché portanza e resistenza si scrivono entrambe come prodotto di pressione dinamica, superficie di riferimento e coefficiente aerodinamico, nel rapporto si semplificano:
L’efficienza dipende quindi dai coefficienti, cioè dalla forma, dall’assetto, dal numero di Reynolds, dal numero di Mach e dalle condizioni di volo. Un’efficienza alta significa generare molta portanza con poca resistenza.
Interpretazione nel volo planato
Nel volo planato stazionario, la finezza è legata direttamente all’angolo di discesa \gamma:
Se un aliante ha E=50, può percorrere idealmente circa 50\,\text{m} in avanti per ogni metro di quota persa, in aria ferma e alle condizioni di massimo rapporto L/D. Un aereo di linea ha valori molto più bassi, ma comunque elevati rispetto a veicoli terrestri; un’automobile, che non deve generare portanza utile, può avere un rapporto L/D vicino o inferiore all’unità.
Relazione con la polare
Il valore massimo di E si legge sulla polare aerodinamica, cioè sul rapporto tra C_L e C_D. Per una polare parabolica semplificata:
il massimo rapporto C_L/C_D si ottiene per:
Il termine C_{D0} rappresenta la resistenza parassita, mentre kC_L^2 rappresenta la resistenza indotta. A bassa velocità domina spesso la resistenza indotta; ad alta velocità cresce la resistenza parassita. La massima efficienza nasce dal compromesso tra questi contributi.
Implicazioni di progetto
L’efficienza aerodinamica influenza autonomia, raggio d’azione, quota raggiungibile, prestazioni in salita e consumo. In prima lettura, aumentare L/D permette di volare più lontano con la stessa energia disponibile o con lo stesso carburante.
In progetto, però, massimizzare E non significa minimizzare isolatamente ogni forma di resistenza. Ali molto allungate riducono la resistenza indotta, ma aumentano massa strutturale, flessibilità, carichi alla radice e vincoli di manovra. Profili molto efficienti in crociera possono essere meno adatti al decollo, all’atterraggio, al volo transonico o a condizioni con alto angolo di attacco.
Un errore comune è confondere il massimo L/D con la massima portanza. Avvicinandosi allo stallo, la portanza può crescere fino a un limite, ma la resistenza aumenta rapidamente e l’efficienza peggiora. La condizione di massima finezza è quindi una condizione di compromesso, non il punto di massima sustentazione.