Elica

L'Elica
L’elica è l'organo impiegato quasi universalmente sugli aerei leggeri dell'aviazione generale per ottenere la trazione necessaria ad accelerare la macchina alla velocità di volo e per vincere la resistenza aerodinamica che si oppone al moto e che tende in ogni istante a far decelerare il velivolo.
Il fenomeno fisico in forza del quale l'elica genera la trazione è lo stesso sfruttato dall'ala per generare la portanza ma che, nel caso dell'elica, si traduce nell'accelerazione di una determinata massa d'aria in senso opposto al moto.
Così come l'ala, anche le pale dell'elica, per generare la trazione, devono essere sagomate con un determinato profilo, nonché muoversi rispetto all'aria con un determinato angolo di incidenza e con una certa velocità.


Osservando la figura 1, si può notare che il profilo della sezione della pala dell'elica è simile a un profilo alare; si può anche notare che la corda del suo profilo forma col piano di rotazione un certo angolo, chiamato angolo di calettamento.
Quando l'elica funziona a punto fisso, cioè quando ruota senza avanzare (aereo fermo al suolo), l'angolo di calettamento coincide con l'angolo di incidenza.
Ricordando che la trazione, così come la portanza, varia al variare dell'angolo di incidenza e della velocità al quadrato, risulta evidente che se tutte le sezioni della pala avessero lo stesso angolo di calettamento, la trazione generata dalle sezioni situate all'estremità della pala sarebbe enormemente maggiore di quella generata dalle sezioni situate vicino al mozzo: la velocità periferica di rotazione aumenta infatti con l'aumentare della distanza dal mozzo.
Poichè un'elica siffatta offrirebbe un rendimento molto basso e andrebbe soggetta a sollecitazioni inaccettabili, i costruttori provvedono a svergolare le pale, così da dare alle varie sezioni degli angoli di calettamento via via decrescenti dal mozzo verso le estremità.
Inoltre, per ragioni strutturali, le sezioni esterne delle pale vengono fatte molto più sottili di quelle interne.
Poichè ogni pala ha un angolo di calettamento diverso da sezione a sezione, all'elica viene convenzionalmente assegnato l'angolo di calettamento posseduto dalla sezione che si trova a 7/10 del raggio.
L'angolo di calettamento è il parametro che serve a definire il passo geometrico dell'elica, vale a dire la distanza di cui l'elica avanzerebbe in un giro se si "avvitasse" in una "madrevite solida" (figura 2).

Le eliche più semplici, che hanno le pale applicate al mozzo in modo fisso, per cui non è possibile variare il loro angolo di calettamento, sono chiamate eliche a passe fisso, mentre le eliche a cui è possibile far variare l'angolo di calettamento sono chiamate eliche a passe variabile.
L'elica, durante il suo funzionamento normale, oltre a girare nel piano di rotazione, trasla anche in avanti con la velocità che tornisce all'aereo.
La distanza effettivamente percorsa dall'elica in un giro viene chiamata passo reale, o avanzo, e la differenza tra il passo geometrico e l'avanzo viene chiamato regresso (figura 3).


Quando l'elica funziona a punta fisso, l'avanzo è nullo e il regresso è uguale al passo geometrico; man mano che l'aereo acquista velocità, l'avanzo aumenta e il regresso diminuisce.
Se si continuasse a far aumentare la velocità dell'aereo, si arriverebbe a un certo valore in corrispondenza del quale l'avanzo diventa uguale al passe geometrico e il regresso diventa nullo.
Se poi si aumentasse ulteriormente la velocità, il regresso comincerebbe ad aumentare con segno contrario e l'avanzo diventerebbe maggiore del passo geometrico.
Poichè il valore del regresso determina l'angolo di incidenza col quale sta funzionando l'elica, è importante che il regresso stesso possa mantenersi a un valore positivo, altrimenti l'elica, mancando di incidenza, non è più in grado di generare trazione.

Per chiarire questo concetto molto importante, serviamoci delle figure 4 e 5.
La figura 4 illustra i vari parametri dell'elica in una determinata situazione di funzionamento e vi si può notare che l'angolo di incidenza è molto minore dell'angolo di calettamento a causa della velocità del velivolo.
La pala dell'elica, infatti, invece di scendere verticalmente nella direzione del vettore "velocità di rotazione" come faceva a punta fisso, scende ora obliquamente nella direzione del vettore "velocità risultante della sezione", per cui quella è la nuova direzione con la quale il vento relativo investe la pala: per definizione, la direzione del vento relativo forma con la corda del profilo l'angolo di incidenza.

La figura 5 riproduce invece quattro diverse situazioni relative a una sezione di elica a passo fisso che ruota con una velocità periferica costante di 300 nodi (velocità che si può riscontrare in corrispondenza di una sezione posta a 60 centimetri dal mozzo quando l'elica gira a circa 2.450 giri al minuto.

Nella situazione 1 l'elica gira a punta fisso, e quindi la velocità di avanzamento dell'aereo è nulla; l'avanzo è perciò uguale a zero, il regresso è uguale al passo geometrico e l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di calettamento; essendo l'angolo di incidenza al suo valore massimo, la trazione generata dall'elica è pure massima.
Nelle situazioni 2 e 3 la velocità di avanzamento dell'aereo e rispettivamente di 100 e 150 nodi; l'avanzo aumenta all'aumentare della velocità, mentre il regresso, e quindi l'angolo di incidenza, diminuiscono in conseguenza; con l'angolo di incidenza diminuisce man mano anche la trazione generata dall'elica.
Nella situazione 4 la velocità di avanzamento dell'aereo è di 250 nodi; l'avanzo ha superato il passo geometrico, per cui il regresso, e con esso l'angolo di incidenza, hanno assunto valori negativi; la trazione generata dall'elica non è pertanto più rivolta nel senso del moto, bensì in senso contrario e quindi si comporta come una resistenza.
L'andamento della trazione dell'elica a passo fisso in funzione della velocità di avanzamento dell'aereo è illustrato dal diagramma della figura 6, il quale conferma quanto è stato detto più sopra:
- la trazione è massima quando la velocità di avanzamento dell'aereo è zero;
- essa diminuisce gradualmente all'aumentare della velocità fino ad annullarsi in corrispondenza di un certo valore di quest'ultima;
- portando la velocità di volo oltre tale valore, la trazione assume valori negativi e l'elica genera resistenza.
La bontà del funzionamento di un'elica, però, non può essere giudicata dalla quantità di trazione che essa è in grado di generare.
Come per ogni altra macchina o dispositivo che trasforma energia da uno stato all'altro, cosi anche per l'elica bisogna tener conto del rendimento che essa è in grado di fornire.

Il rendimento dell'elica è dato dal rapporto fra la potenza che l'elica stessa è in grado di mettere a disposizione per la trazione dell'aereo, chiamata appunto potenza disponibile (Wd), e la potenza motrice (Wm) fornita all'elica dal motore.

La potenza resa disponibile dall'elica è ottenuta moltiplicando fra di loro i valori della trazione e i valori della velocità di volo riportati dal diagramma della figura 6.

Il diagramma della figura 7 illustra l'andamento della potenza resa disponibile dall'elica in funzione della velocità di volo, e quindi illustra l'andamento del rendimento dell'elica (ή e), sempre in funzione della stessa velocità.
Questo diagramma ci dice che a velocità zero, pur essendo massima la trazione, la potenza fornita dall'elica è zero: essendo infatti la potenza disponibile il prodotto della trazione per la velocità, quando V = 0, per quanto grande possa essere la trazione, il prodotto rimane zero.
Al crescere della velocità, nonostante la diminuzione della trazione, la potenza disponibile cresce stabilmente fino a un valore massimo (Wd max), che si riscontra in coincidenza di un determinato valore V' della velocità.
Dopo, tale valore la curva della potenza disponibile scende bruscamente e viene generalmente interrotta (perchè il suo andamento non è più di alcun interesse) prima che ritorni a zero.
Sullo stesso diagramma della potenza disponibile e del rendimento dell'elica si può portare anche la curva che illustra l'andamento della potenza motrice in funzione della velocità di volo: dato che la velocità ha sulla potenza motrice un'influenza trascurabile, la curva ha un andamento rettilineo a valore costante. L'area tratteggiata del diagramma della figura 7 rappresenta quindi la potenza che viene sprecata dall'elica a causa del suo basso rendimento, il quale raggiunge come massimo il valore di 0,85 quando la curva e al picco in corrispondenza di V'.
Qualora si debba equipaggiare un aereo con un'elica a passo fisso, si sceglierà il passo in modo tale per cui l'elica fornisca la maggior potenza disponibile, cioè abbia il miglior rendimento, in corrispondenza della velocità di volo più consona alle caratteristiche da conferire all'aereo.
Per aerei acrobatici o a decollo corto, per i quali è necessario avere il massimo rendimento durante le salite e alle basse velocità, si sceglieranno eliche a passo corto il cui rendimento massimo si trova vicino alla velocità minima di sostentamento.
Per aerei destinati invece principalmente a voli di trasferimento, si sceglieranno eliche a passo lungo, il cui rendimento massimo si trova vicino alla velocità di crociera.
La soluzione migliore consiste comunque nell'equipaggiare l'aereo con un'elica a passo variabile (e a giri costanti).
Queste eliche sono in grado di cambiare il proprio angolo di calettamento, e quindi il loro passo geometrico, durante il volo, cosi da mantenere alle varie velocità di volo un angolo di incidenza ottimale. In tal modo le eliche possono fornire il rendimento massimo per campi di velocità molto estesi, dalla velocità di decollo alla massima di crociera.

Il grafico del rendimento e della potenza disponibile in funzione della velocità, relativo a queste eliche, è illustrato dalla figura 8.
Le cinque curve rappresentate, visualizzano i rendimenti di altrettante eliche, aventi ognuna l'angolo di calettamento indicato sotto; la prima curva appartiene certamente a un'elica da montare su un velivolo acrobatico e a decollo corto; le due centrali possono essere adatte per aerei con caratteristiche miste; mentre le ultime due sono senz'altro da impiegare su velivoli da sfruttare in velocità.
L'inviluppo delle cinque curve (linea tratteggiata) è invece la curva di rendimento di un'elica a passo variabile che può assumere valori di calettamento compresi tra 15° e 35°.
L'area scura rappresenta il guadagno di rendimento ottenuto con quell'elica nei confronti di due eliche a passo fisso con calettamenti rispettivamente di 15° e di 35°.
Concludiamo ora l'argomento con alcune considerazioni sull'impiego delle eliche a passo fisso.
Per far ruotare l'elica, il motore deve sviluppare una certa potenza, in quanto l'aria crea sulle pale una resistenza che si oppone al loro movimento.
La resistenza incontrata dall'elica, cosi come quella incontrata dall'ala, varia in modo direttamente proporzionale all'angolo di incidenza e al quadrato della velocità delle pale.
Per ogni posizione della manetta, e quindi per ogni valore della potenza motrice erogata, il motore si stabilizza a quel determinato regime di giri per il quale la coppia motrice è equilibrata dalla coppia resistente dell'elica: se la coppia resistente aumenta, i giri diminuiscono e viceversa.
Quando, per esempio, si da tutta manetta al decollo, la coppia resistente incontrata dall'elica è massima, essendo massimo l'angolo di incidenza delle pale, per cui il motore si stabilizza a un numero di giri che è notevolmente più basso del massimo consentito (la linea rossa del contagiri).
Man mano che l'aereo accelera dopo il rilascio dei freni, all'aumentare della velocità l'angolo di incidenza delle pale diminuisce, per cui diminuisce anche la coppia resistente incontrata dall'elica e i giri del motore aumentano.
Come conseguenza della scelta del costruttore di impiegare un'elica con un determinato passo, il motore sviluppa i suoi giri massimi quando, con tutta manetta, l'aereo vola alla velocità massima in volo orizzontale.
Se si porta l'aereo a velocità maggiori, realizzabili solo in discesa, la coppia resistente incontrata dall'elica diminuisce per la diminuzione dell'angolo di incidenza delle pale e di conseguenza il motore aumenta ulteriormente la sua velocità di rotazione andando in fuori-giri.
Sono queste le ragioni per cui, pilotando un aereo equipaggiato con elica a passo fisso, se si vogliono mantenere costanti i giri del motore bisogna continuamente intervenire sulla manetta in modo da aumentare la potenza quando diminuisce la velocità di volo e in modo da diminuirla quando la velocità aumenta.
Particolare attenzione va posta nel ridurre la manetta durante le discese ad alta velocità, quando cioè il motore tende ad andare in fuori-giri con molta facilità.

Rizzardo Trebbi

Elica a Passo Variabile
Un'elica a passo fisso offre il suo rendimento massimo solo in corrispondenza di un determinato valore della velocità di volo.
Tale inconveniente spinse i costruttori a studiare soluzioni tecniche che consentissero di cambiare il calettamento delle pale a seconda delle esigenze.
Si cominciò con eliche il cui calettamento poteva essere cambiato solo in officina;
in base al tipo di missione (salita, crociera ecc.), il personale di officina provvedeva a orientare le pale dell'elica, bloccandole poi nella posizione prescelta.
Il gradino successivo, fu quello di permettere al pilota di variare il passo dell’elica a suo piacere durante il volo.
Al decollo si "ingranava la prima", vale a dire si portava la leva del comando dell'elica tutta avanti, mettendo le pale al passo minimo; dopo la retrazione del carrello e dei flap, si "passava in seconda" per effettuare la salita, tirando un po' indietro il comando dell'elica, cosi da aumentarne parzialmente il passo;
a livellamento effettuato, si "cambiava" nuovamente, portando l'elica all'opportuno passo lungo.
Questi dispositivi di variazione costituirono un progresso enorme, ma presentavano ancora l'inconveniente di costringere il pilota ad agire sul comando dell'elica o sulla manetta del gas ogni volta che doveva variare la velocità di volo, al fine di mantenere i giri del motore al valore opportuno.
Durante la discesa, per esempio, la velocità dell'aereo aumentava, l'elica incontrava minor resistenza per il suo minor angolo di incidenza e, quindi, il motore aumentava i giri.
La scelta era o far aumentare il passo dell'elica, mantenendo invariata la posizione della manetta, oppure lasciare invariato il passo dell'elica, riducendo la manetta.
In salita, al diminuire della velocità, si doveva ridurre il passo e aumentare la potenza.
Un ulteriore sviluppo fu quello delle moderne eliche a passo variabile e a giri costanti.
Il loro funzionamento è ottenuto tramite un regolatore di giri, che aziona un meccanismo idraulico atto a far variare il passo alle pale dell'elica.
Il regolatore impiegato sugli aerei leggeri dell'aviazione generale è normalmente del tipo a masse rotanti centrifughe.
Esso è accoppiato all'albero sui quale è montata l'elica, cosi da "sentirne" la velocità di rotazione, ed è collegato al comando del passo dell'elica posto in cabina, mediante il quale il pilota lo può tarare affinchè esso mantenga il motore a un qualunque regime desiderato, compreso nella gamma di giri permessa dal costruttore.

Il meccanismo per la variazione del passo è invece montato sul mozzo dell'elica, nella parte anteriore normalmente ricoperta dall'ogiva.
Quando i giri tendono ad aumentare e superare il valore per il quale il regolatore è stato predisposto dal pilota (tendenza che può essere indotta sia da un aumento della velocità di volo, sia da un aumento della potenza erogata dal motore), le masse rotanti del regolatore tendono a loro volta ad allontanarsi sotto l'azione della maggiore forza centrifuga.
Lo spostamento delle masse provoca una maggiore apertura del circuito dell'olio del motore, il quale aziona il meccanismo di variazione del passo in modo da far aumentare l'angolo di calettamento delle pale.
L'aumento del passo si traduce in un aumento dell'angolo di incidenza, il quale fa aumentare il carico aerodinamico dell'elica.
Come conseguenza si ha una riduzione dei giri, che si riportano al valore fissato dal regolatore.

Quando i giri tendono a diminuire al di sotto del valore per il quale il regolatore è stato predisposto, succede l'inverso: le masse rotanti tendono ad avvicinarsi e il loro movimento agisce sul circuito idraulico in modo che il variatore faccia diminuire il passo dell'elica.
Il conseguente calo del carico aerodinamico fa ri-aumentare i giri al valore prefissato.
Vediamo ora come funziona il variatore del passo dell'elica.
Se le pale, durante il funzionamento, fossero libere di orientarsi, esse assumerebbero sempre la posizione che offre la minima resistenza al moto e, quindi, sotto la spinta della forza aerodinamica, si porterebbero al passo minimo.
Questa tendenza viene sfruttata nella costruzione del variatore del passo delle eliche dei monomotori, opponendo alla forza aerodinamica una forza generata dall'olio in pressione che viene opportunamente mandato dal motore a circolare nel variatore stesso e che tende a riportare le pale verso il passo massimo.

La figura 1 illustra il funzionamento del variatore del passo dell'elica di un mono-motore.
Un pistone idraulico situato nel mozzo dell'elica è collegato a ognuna delle pale attraverso uno stelo, collegato a sua volta a due forcelle che scorrono quindi avanti e indietro con il movimento del pistone. Nelle forcelle si innestano le spine che sporgono dalla radice delle pale (una per pala), cosicchè esse assumono calettamenti diversi per ogni posizione del pistone.
Quando è necessario un calettamento maggiore, olio ad alta pressione viene inviato al cilindro attraverso il foro ricavato lunge l'asse dell'albero motore e delle stelo del pistone.
Come s'e detto, provvede a ciò il regolatore che apre opportunamente la valvola di passaggio.
La pressione dell'olio sposta il pistone verso la parte posteriore del cilindro, facendo così muovere all'indietro anche lo stelo e le forcelle, le quali a loro volta spingono indietro le spine delle pale, con conseguente rotazione delle pale stesse verso un angolo di calettamento maggiore.
Quando invece necessita un calettamento minore, il regolatore apre una seconda valvola che permette all'olio del cilindro di defluire attraverso un apposito condotto che lo riporta al motore.
La diminuita pressione nel cilindro fa ritornare il sistema pistone-forcelle-stelo verso l'avanti, sotto l'azione della forza aerodinamica che spinge le pale verso il passe minimo.

Il regolatore gradua dunque la pressione dell'olio mandato al variatore del passo dell'elica in modo da mantenere l'equilibrio tra la forza aerodinamica, che tende a portare l'elica al passo minima, e la forza oleodinamica, che tende a portarla al passo massimo, per mantenere il valore di giri al quale il pilota l'ha tarato.

I meccanismi di variazione del passo delle eliche dei bimotori sono fatti in modo un po' diverso, in quanto le eliche devono poter essere messe "in bandiera", cioè le loro pale devono poter essere portate a un angolo di calettamento massimo di 90° perchè offrano la minor resistenza al moto, in caso il motore debba essere fermato durante il volo.
E’ evidente che con il motore fermo non si può avere olio in pressione per mandare l'elica al passo massimo e quindi, se si usasse lo stesso sistema di variazione usato per i mono-motori, con il motore piantato l'elica si porterebbe al passo minimo e continuerebbe a girare "a mulinello" trascinata dal vento relativo, generando una notevole resistenza.

Allora vengono applicati alla radice delle pale delle eliche dei plurimotori dei contrappesi che, ruotando con le pale, generano su di esse una forza sufficiente a vincere la forza aerodinamica e a portarle al passo massimo.
La forza oleodinamica all'interno del cilindro del variatore viene poi fatta agire in senso opposto a quanto visto in figura 1, cosicchè la pressione dell'olio agisce in modo da portare le pale al passo minimo. Pertanto, se il motore si ferma, cessa completamente l'azione della forza oleodinamica, la forza centrifuga generata dai contrappesi porta le pale al passo massimo di 90° e anche l'elica si ferma.

Le eliche dei turboelica sono dotate di sistemi di variazione del passo più sofisticati di quelli visti fin qui, sia per la presenza del riduttore di giri, sia per le maggiori potenze che sono chiamate a trasformare, anche se il principio di funzionamento rimane lo stesso.
Queste eliche possono essere portate ad angoli di calettamento maggiori di 90°, cosi da generare una trazione negativa che si oppone al moto.
Quando l'angolo di calettamento supera i 90°, si dice che l'elica è "in reverse" e in questa condizione viene utilizzata per frenare l'aereo dopo l'atterraggio, o in caso di decollo abortito, e qualche volta anche in volo, se ciò è previsto dal manuale d'impiego.
Quando è ai comandi di un aereo equipaggiato con elica a passe fisso, il pilota riceve le informazioni relative alla potenza erogata dal motore principalmente dal contagiri.
E’ ovvio, però, che quando al motore è accoppiata un'elica a giri costanti, il contagiri non può più essere usato da solo come indicatore dela potenza, in quanto le variazioni di manetta (entro certi limiti) non danno luogo a variazioni di giri.
Gli aerei equipaggiati con elica a giri costanti devono quindi essere muniti di un secondo strumento che indichi al pilota i vari regimi di potenza ai quali il motore sta funzionando.

Questo strumento è il manometro della pressione assoluta di alimentazione, o MAP (Manifold Absolute Pressure), illustrato in figura 2.
Esso è perciò installato per indicare i valori della pressione assoluta (cioè riferita al valore zero e non alla pressione atmosferica) esistente nel collettore d'aspirazione del motore (in inglese intake manifold), generalmente espressa in pollici di mercurio.
A motore fermo, il manometro della MAP segna il valore della pressione atmosferica dell'ambiente esterno, che è presente anche nel collettore di aspirazione del motore.
Quando il motore è in funzione, la pressione esistente nel collettore di aspirazione dipende dalla pressione atmosferica esterna e dalla posizione della valvola a farfalla che regola l'afflusso della miscela ai cilindri. Con la farfalla tutta aperta, la pressione di alimentazione (trascurando le perdite di carico) è uguale alla pressione atmosferica esterna.
Man mano che la farfalla viene chiusa riducendo la manetta del gas, la pressione di alimentazione decresce proporzionalmente.
Con la farfalla solo parzialmente aperta, infatti, la miscela aria-benzina aspirata nei cilindri è costretta a passare attraverso una luce minore e quindi ad accelerare: per il principio di Bernoulli, quanto maggiore è la velocità, tanto minore è la pressione.
A pressione atmosferica costante, le indicazioni del manometro della MAP sono perciò in funzione della posizione della manetta, e quindi della valvola a farfalla, e quindi della potenza erogata dal motore.
Per contro, lasciando immutata la posizione della manetta, il manometro della MAP indica le variazioni della pressione atmosferica esterna e di conseguenza segna in diminuzione durante le salite e in aumento durante le discese.

Il pilota è messo in grado di conoscere con precisione la potenza erogata in ogni momento dal motore tramite le tabelle di prestazione fornite dal costruttore: ogni coppia dei valori della MAP e dei giri corrisponde a un ben definito valore della potenza erogata.
Durante la prova motore prima del decollo, insieme agli altri controlli tradizionali (aria calda, correttore ecc.) va fatta anche la prova di variazione del passe dell'elica: dopo aver portato il motore al regime di giri stabilito dal manuale di volo e dalla lista dei controlli, il passo dell'elica viene prima aumentato e poi riportato al valore minimo per tre volte.
All'aumentare del passo dell'elica si nota:
- un calo dei giri del motore dovuto all'aumento della coppia resistente dell'elica stessa;
- un aumento della MAP dovuto alla diminuzione della velocità del flusso nel collettore, a sua volta conseguenza del calo di giri sopra menzionato;
- una diminuzione della pressione dell'olio motore dovuta all'invio di una parte dell'olio stesso al meccanismo di variazione del passo.
Quando, durante il volo, si devono apportare variazioni alla potenza erogata dal motore è importante agire sul comando dell'elica e sulla manetta del gas nella giusta sequenza:
- per aumentare la potenza, prima di portare avanti la manetta si devono aumentare i giri del motore, portando avanti il comando dell'elica;
- per ridurre la potenza, prima si deve ridurre la MAP, ritardando la manetta, e poi si possono diminuire i giri del motore portando indietro il comando dell'elica.
Lo scopo di manovrare secondo tali sequenze e quello di mantenere sempre i giri del motore a un valore convenientemente elevato rispetto al valore della MAP così da evitare il pericoloso fenomeno della detonazione.
Una regola empirica di carattere generale, applicabile ai motori non sovralimentati, dice che il valore della MAP, espresso in pollici, non deve mai superare di quattro unità il valore dei giri espresso in centinaia.
La soluzione migliore rimane comunque quella di attenersi a quanto specificato dalle tabelle di prestazione di ogni singolo aereo e fra le possibili combinazioni di valori si dovrebbe scegliere quella che permette il funzionamento del motore al più basso livello di vibrazione e di rumorosità

Le eliche, durante il loro funzionamento, hanno molteplici effetti sugli aerei ai quali sono applicate:
-alcuni sono di natura aerodinamica;
-altri, di natura meccanica.
Inoltre, alcuni sono comuni a tutte le configurazioni in cui le eliche vengono applicate agli aerei;
altri, invece, peculiari a determinate configurazioni.
Gli effetti aerodinamici sono per lo più causati dal flusso d'aria che viene accelerato all'indietro dall'elica, con mote elicoidale, come illustrato dalla figura 3.

Con eliche destrorse, questa flusso colpisce il lato sinistro del piano verticale di coda e contribuisce a generare il noto momento imbardante verso sinistra, che ogni pilota impara a contrastare con il piede destro fin dalle prime lezioni di volo.
I costruttori, per neutralizzare l'effetto imbardante, usano svariati accorgimenti, i quali però riescono a equilibrare l'aereo solo quando vola alla velocità di crociera.
Alle velocità inferiori, come durante le salite, il pilota deve continuare a intervenire col piede destro (o con il trim, se il timone di direzione ne è dotato), mentre alle velocità superiori egli deve intervenire col piede sinistro.
Il flusso dell'elica investe anche il piano orizzontale di coda, aumentandone l'efficacia in modo proporzionale alla velocità:
il timone di profondità diventa cioè tanto più efficace quanto maggiore è la potenza erogata dal motore.

Questa è anche la ragione per cui variazioni di potenza rilevanti richiedono la regolazione del trim.
Un effetto aerodinamico dell'elica non dipendente dal flusso che investe la parte posteriore dell'aereo è il momento imbardante che l'elica stessa genera quando l'aereo vola a elevati angoli di incidenza, conosciuto come fattore P.
Si osservi la figura 4, che schematizza la posizione delle due pale di un'elica destrorsa quando l'aereo vola con un angolo di incidenza elevato.

Entrambe le pale incontrano l'aria con una velocità che è la risultante della somma vettoriale della loro velocità di rotazione e della velocità di volo dell'aereo.
D'altra parte, poichè il piano di rotazione dell'elica non è ortogonale alla direzione del vento relativo, ma forma con essa un angolo maggiore di 90° a causa dell'assetto cabrato dell'aereo, ecco che la pala discendente (e parzialmente avanzante), che si trova sulla destra dell'aereo, è dotata di una velocità risultante maggiore di quella della pala ascendente (e parzialmente arretrante), che si trova sulla sinistra. Il risultato e un momento imbardante verso sinistra dovuto alla maggior trazione generata dalla pala più veloce.
(Tale effetto è molto marcato sui rotori degli elicotteri, in quanto la pala che avanza trova sommata alla propria velocità di rotazione tutta la velocità di avanzamento della macchina, mentre la pala che arretra se la trova sottratta.)
Gli effetti meccanici sono quello generato dalla contro-coppia del motore e quello giroscopico.
L'effetto di contro-coppia si traduce in un momento laterale generato per reazione alla rotazione dell'elica, il quale tende a far rollare l'aereo dalla parte opposta al verso di rotazione.
Il costruttore neutralizza questo effetto dell'elica, rendendo più portante l'ala che tende ad abbassarsi (l'ala sinistra quando l'elica è destrorsa), in genere facendola leggermente più lunga dell'altra.
L'effetto giroscopico si manifesta ogni volta che l'elica viene forzata a precessionare in seguito a un movimento di beccheggio e/o di imbardata dell'aereo.
L'elica si comporta infatti come un giroscopio a un solo grado di libertà, il quale precessiona ogni volta che viene forzato a girare intorno agli assi sui quali gli manca la liberta:
appunto l'asse trasversale e l'asse verticale.
Poichè il verso delle rotazioni di precessione di un giroscopio è sempre tale da sommarsi al verso delle rotazioni forzate che le causano, l'effetto giroscopico di un'elica destrorsa si manifesta nei seguenti modi:
- quando l'aereo picchia, la precessione tende a farlo imbardare a sinistra;
- quando l'aereo cabra, la precessione tende a farlo imbardare a destra;
- quando l'aereo vira a destra, la precessione tende a farlo picchiare;
- quando l'aereo vira a sinistra, la precessione tende a farlo cabrare.
L'effetto giroscopico dell'elica può essere neutralizzato solo con l'uso dei comandi.
A parità di ogni altra condizione, esso è tanto più pronunciato quanto maggiore è la massa dell'elica.

Rizzardo Trebbi