By Ekranoplano, l’invenzione che stupì il mondo
L’ekranoplano (o anche GEV, Ground Effect Vehicle) è una forma di trasporto ibrida che pur viaggiando sul mare è assimilabile ad un aereo. In questo articolo verranno spiegati i principi fisici alla base del suo funzionamento e verrà raccontata la storia di una delle invenzioni più affascinanti del ‘900, che ancora oggi ha applicazioni in alcuni contesti.
Cosa si intende per effetto suolo
Partiamo dalla fisica. L’effetto suolo (ground effect) è un fenomeno che si verifica quando un oggetto alato in volo stabile avanza rapidamente in prossimità di una superficie fissa (il suolo appunto). A seconda dell’orientazione delle ali si può parlare di due effetti suolo completamente differenti: il primo riguarda l’ambito automobilistico, mentre il secondo riguarda quello aeronautico. In questo articolo ci interesserà descrivere solo l’effetto relativo all’ambito aeronautico.
Le due resistenze aerodinamiche
Immaginiamo un semplice aereo in condizioni di volo standard. Le sue ali sono sottoposte a due forme di resistenza:
- La resistenza di profilo, che aumenta con l’aumentare della velocità; essa è legata al semplice attrito con l’aria che l’ala incontra.
- La resistenza indotta, che aumenta col diminuire della velocità. Questa forma di resistenza è meno ovvia ed è legata al fatto che le ali di un aereo hanno un’apertura finita; la non idealità è fonte di creazione di vortici che rallentano l’avanzamento, rendendo anche meno efficiente la generazione di portanza.
Variazione della resistenza indotta (induced drag) e della resistenza di profilo (parasite drag) al variare della velocità
L’effetto suolo
Prendiamo ora lo stesso aereo durante un volo sempre orizzontale ma prossimo al terreno (distanza di 5-15 metri dalla superficie). In questa situazione si può osservare tramite un’analisi dei flussi che la generazione dei vortici alle estremità delle ali è ostacolata dal suolo. I vortici quindi in prossimità del suolo riducono drasticamente le loro dimensioni, diminuendo la resistenza indotta. Conseguenza diretta dell’assenza dei vortici è anche un confinamento maggiore della zona d’aria sotto l’ala in alta pressione, che non viene più aspirata verso i lati; questo effetto aumenterà la portanza generata dall’ala rispetto alla situazione di volo standard (per saperne di più sulla portanza si può leggere questo articolo).
Probabilmente fu proprio il fenomeno dell’effetto suolo a permettere all’aereo dei fratelli Wright di coprire una distanza significativa durante primo volo umano riuscito della storia.
Come funziona l’ekranoplano?
Se avessimo un aereo che viaggia per tutto il tempo in prossimità di una superficie piana si avrebbe un netto miglioramento del rapporto tra resistenza indotta e portanza generata rispetto a un volo in alta quota. Ciò significa che a parità di carico trasportato si potrebbero usare ali molto più efficienti di quelle tradizionali a patto di adottare velocità di crociera leggermente più contenute. Questa è sostanzialmente l’idea alla base dell’ekranoplano: sfruttare al meglio l’effetto suolo per massimizzare l’efficienza degli spostamenti nelle tratte a medio raggio senza sacrificare troppa velocità. L’unica superficie diffusa in tutto il pianeta prevalentemente piana e priva di ostacoli che possa garantire un effetto suolo costante è uno specchio d’acqua esteso; i laghi e i mari sono le uniche zone sulle quali l’ekranoplano può muoversi.
Il “Mostro del Mar Caspio”
Il primo ekranoplano totalmente funzionante e operativo fu costruito dall’Unione Sovietica per scopi militari verso la fine degli anni sessanta, durante la guerra fredda. L’ekranoplano in questione fu avvistato nel Mar Caspio da alcuni ricognitori americani che rimasero impressionati dalla sua stazza. Di solito i primi esemplari di un nuovo tipo di mezzo di trasporto tendono ad avere dimensioni contenute, ma non era il caso di questo velivolo: lungo 92 metri, l’Ekranoplan pesava 550 tonnellate ed era capace di raggiungere velocità massime vicine ai 600 – 700 Km/h. Non sorprende il nome con cui gli americani lo ribattezzarono: “Caspian Sea Monster”.
Per riuscire a sollevare il mezzo, nella fase di decollo 8 motori posti nella parte frontale lavoravano per direzionare una grande portata d’aria sotto le ali; per massimizzare l’effetto del “cuscino d’aria” che veniva a crearsi in questa zona, gli ingegneri russi applicarono grandi paratie alle estremità delle ali in modo da isolare al meglio la zona di alta pressione. Dal punto di vista strategico, il velivolo aveva la potenza di una nave da guerra e la rapidità di un aereo; inoltre era invisibile ai sonar e difficilmente identificabile dai radar grazie alla particolare quota a cui viaggiava. Dopo diversi aggiornamenti e sviluppi, il progetto venne abbandonato poco prima della fine dell’URSS, non per mancanza di risultati ma per mancanza di fondi.
Il primo ekranoplano costruito dall’URSS (Classe KM)
Progetto dell’ekranoplano classe Lun, ultima classe costruita dall’URSS prima dell’interruzione del progetto.
Le principali criticità
Al giorno d’oggi, questa forma di trasporto è poco utilizzata per due principali ragioni:
- le condizioni metereologiche con onde superiori a 1/1,5 metri (i limiti variano a seconda delle dimensioni del velivolo) non sono adatte a compiere traversate sicure e confortevoli per passeggeri civili; di conseguenza i viaggi possono essere effettuati solo in zone non oceaniche e solo quando il tempo lo permette.
- durante la fase di volo l’ekranoplano non è in grado di cambiare direzione repentinamente e in spazi stretti; ciò crea problemi di sicurezza in situazioni di visibilità limitata.
Applicazioni moderne
Nonostante i limiti, attualmente nel mondo sono in via di sviluppo alcuni ekranoplani di recente concezione che operano o opereranno a breve in contesti sia militari che civili. Oltre alla già citata efficienza, infatti, gli ekranoplani hanno il vantaggio di non aver bisogno di infrastrutture dedicate, risultando molto economici in termini di gestione nel lungo periodo. Con condizioni metereologiche normali, inoltre, la vicinanza al suolo dà un netto vantaggio in termini di sicurezza rispetto agli aerei.
Il Ground Effect Vehicle del video sottostante, Airfish 8, è attualmente in fase di sviluppo; dovrebbe diventare operativo a breve nello stato di Singapore.
L’ekranoplano è probabilmente destinato a rimanere un mezzo di trasporto di nicchia. Tuttavia, al di là del successo economico, questo velivolo quasi “leonardesco” rimarrà uno dei più interessanti e fantasiosi tentativi di innovazione nella storia dei trasporti.
Fonti
