Anche gli aerei seguono l’evoluzione

I costruttori e i designer di aeroplani di tutto il mondo sono avvisati: niente code enormi, tripla fusoliera o altre stranezze. Gli aerei di linea del futuro dovranno mantenere, sostanzialmente, il design attuale. A sostenerlo è Adrian Bejan, che in uno studio pubblicato sul Journal of Applied Physics analizza come l’industria aeronautica abbia ormai trovato una forma “vincente” che, seppur con qualche modifica, dovrebbe continuare a dettare il design del futuro. Bejan, professore d’ingegneria meccanica presso la Duke University, ha dimostrato come la legge fisica da lui descritta quasi vent’anni fa (la cosiddetta Constructal Law) aiuti a spiegare l’evoluzione degli aerei di linea (dai piccoli DC-3 di un tempo agli enormi Boeing 787 attuali). Secondo lo scienziato, il design perfetto segue il cammino evolutivo della natura: “L’evoluzione delle specie sulla Terra si è verificato in un lasso di tempo troppo lungo per poter avere delle testimonianze”, ha detto Bejan. “Quella della tecnologia e degli aerei da trasporto, invece, è avvenuta in poco più di una singola vita”.

La storia dell’aviazione civile ci insegna che i progetti degli aerei si sono “evoluti” per permettere a una maggiore quantità di persone e merci di fluire su tutta la faccia della Terra. Come ogni grande animale terrestre, così anche gli aerei tendono a mantenere lo stesso rapporto di proporzionalità. Negli anni, infatti, il rapporto tra determinate caratteristiche strutturali è rimasto costante. Per esempio, la massa del motore ha mantenuto un certo rapporto di proporzionalità con le dimensioni del corpo, così come la lunghezza delle ali con quella della fusoliera, mentre la capacità di carico di carburante è aumentata con l’aumentare del peso totale. L’evoluzione è una costante radicata tanto nella natura quanto nella tecnologia. Questo in pratica il punto chiave su cui si snoda la teoria di Bejan, che osserva come, dalla forma degli alberi e degli animali a quella degli aerei, il corso del tempo ci porta verso una struttura più funzionale possibile.

“Il rapporto tra il motore e le dimensioni degli aerei è analogo a quello che il corpo di un grosso animale ha con cuore, polmoni e muscoli”, spiega Bejan, “Animali più grandi vivono di più e viaggiano distanze più lunghe, così come avviene per gli aerei di linea”. Bejan e colleghi, dopo avere analizzato migliaia di dati, hanno realizzato due grafici significativi. Nel primo è possibile osservare la variazione di dimensione degli aerei nel tempo: in un secolo di aviazione civile la grandezza dei velivoli è cresciuta in maniera costante. Nel secondo è invece possibile osservare il rapporto tra masse corporee e velocità di aerei ed esseri viventi. 

L’unico modello a non seguire la teoria “evoluzionistica” di Bejan, che nel secondo grafico mostra come la proporzionalità venga mantenuta anche in natura, è il Concorde, l’aereo di linea supersonico andato in pensione a causa degli eccessivi costi di costruzione e di manutenzione. “Il Concorde era troppo lontano dal rapporto previsto dall’evoluzione dell’aviazione civile”, spiega il professore della Duke, “Avrebbe avuto successo se fosse stato costruito secondo le regole della Constructal Law”.

Riferimenti: Journal of Applied Physics doi: 10.1063/1.4886855

Credits: Stuck in Custom/Flickr