La meccanica del volo studia il moto dell’aeromobile a partire da forze, momenti, massa, inerzie e comandi.
La meccanica del volo traduce le forze aerodinamiche e propulsive in traiettoria. Le formule elementari sono semplici, ma molto potenti perché spiegano stallo, virata, salita, planata, prestazioni e limiti operativi. Le grandezze centrali sono portanza L, resistenza D, peso W, spinta T, velocità V e angolo di traiettoria \gamma.
In volo livellato, rettilineo e a velocità costante:
Per traiettoria inclinata di angolo \gamma:
Nel volo quasi stazionario in salita, dV/dt \simeq 0 e d\gamma/dt \simeq 0. Queste equazioni chiariscono che la salita non nasce da “portanza maggiore del peso”, ma dall’eccesso di spinta o potenza che consente una traiettoria inclinata.
La portanza e la resistenza vengono spesso scritte come:
dove \rho è la densità dell’aria, S la superficie alare e C_L, C_D i coefficienti aerodinamici. Lo stallo compare quando l’angolo d’attacco supera il campo in cui il profilo riesce a mantenere il flusso aderente: il coefficiente di portanza non cresce più e la resistenza aumenta.
La meccanica del volo comprende anche stabilità e controllo. Un aeromobile deve rispondere ai comandi in modo prevedibile e, a seconda del progetto, può essere naturalmente stabile o richiedere controllo attivo. Momenti aerodinamici, posizione del baricentro, superfici mobili e inerzie determinano beccheggio, rollio e imbardata.
In virata coordinata il fattore di carico aumenta con l’inclinazione laterale:
Questo aumento porta a maggiore velocità di stallo e maggiori carichi strutturali. Perciò manovra, comfort, sicurezza e resistenza della struttura sono legati dalla stessa meccanica.
Un errore comune è separare troppo prestazioni e stabilità. In realtà una scelta di assetto, flap, massa, quota o centro di gravità modifica simultaneamente margini di stallo, consumo, rateo di salita, autorità dei comandi e carichi.
Vedi anche: Fattore di carico, Virata coordinata, Prestazioni di volo.