La resistenza aerodinamica D, o drag, è la componente della forza aerodinamica parallela e opposta alla velocità relativa tra corpo e fluido. Per un velivolo è la forza che la spinta deve vincere in volo rettilineo uniforme; per un veicolo terrestre è una delle principali cause di crescita dei consumi alle alte velocità.
La forma operativa più usata è:
con \rho densità del fluido, v velocità relativa, S superficie di riferimento e C_D coefficiente di resistenza. La dipendenza da v^2 spiega perché i consumi crescano rapidamente con la velocità di crociera.
Componenti della resistenza
La resistenza totale può essere scomposta in contributi fisici diversi:
| Componente | Origine |
|---|---|
| resistenza di attrito | sforzi viscosi nello strato limite |
| resistenza di forma | separazione del flusso e pressione di scia |
| resistenza indotta | generazione di portanza su ali finite |
| resistenza d’onda | onde d’urto o onde generate dal moto in regime comprimibile |
La somma effettiva dipende da geometria, assetto, rugosità, turbolenza, compressibilità e condizioni operative. Non sempre è possibile separare sperimentalmente i contributi in modo netto, ma la scomposizione è utile in progetto.
Coefficiente di resistenza
Il coefficiente C_D rende confrontabili corpi di dimensioni e condizioni diverse. Non è una costante universale: dipende da forma, angolo d’assetto, numero di Reynolds, numero di Mach, rugosità e interferenze tra componenti.
Per un’ala o un velivolo, una rappresentazione semplificata molto usata è:
dove C_{D0} rappresenta la resistenza parassita e kC_L^2 la resistenza indotta. Questa forma collega la resistenza alla polare aerodinamica e all’efficienza aerodinamica.
Effetti della velocità
A bassa velocità e in fluido incomprimibile, il termine dinamico \frac{1}{2}\rho v^2 domina la crescita della forza. In regime transonico e supersonico compaiono effetti di comprimibilità e onde d’urto, con aumento della resistenza d’onda. Vicino allo stallo, la separazione del flusso può aumentare bruscamente il drag.
La potenza necessaria per vincere la resistenza è:
Poiché D cresce spesso come v^2, la potenza richiesta può crescere circa come v^3 in molti regimi. Questo è uno dei motivi per cui piccoli aumenti di velocità possono richiedere grandi aumenti di potenza.
Un errore comune è pensare che ridurre il solo C_D sia sempre l’obiettivo principale. In un velivolo, forma, portanza, massa, stabilità, raffreddamento, carico utile e missione impongono compromessi: la resistenza va minimizzata rispetto alla funzione complessiva del sistema, non in isolamento.