Chiunque abbia utilizzato almeno una volta nella vita i servizi dell’aviazione civile ha sicuramente ascoltato l’annuncio del pilota sui dati di volo, tra cui il concetto di «altitudine di volo», e si è chiesto a quale altitudine volano gli aerei?
Il concetto di altitudine minima, massima e ideale dell’aereo
Per tutti gli aerei di linea esiste un concetto di «altitudine ideale» di volo, alla quale la resistenza delle masse d’aria in arrivo è minima, la potenza di sollevamento delle ali è ottimale e il consumo di carburante è minimo. Tutti questi fattori forniscono una componente intrinsecamente importante di tutti i viaggi aerei commerciali: la velocità e il prezzo.
Questa quota ideale viene selezionata dal comandante dell’aereo e dai dispatcher in punti appositamente attrezzati a terra, tra i 9.000 e i 12.000 metri, formando un corridoio di volo operativo di 3 km di spessore. Il limite del corridoio di volo inferiore è determinato dalle proprietà fisiche e chimiche dell’aria, che, a partire da un’altitudine di 9.000 metri, diventa sufficientemente sottile per fornire ancora portanza all’aereo grazie alla differenza di pressione sopra e sotto l’ala, creata dalla sua particolare forma, e allo stesso tempo per eliminare la maggiore forza di attrito dell’aria sulla fusoliera, che consente all’aereo di sviluppare la massima velocità con il minimo consumo di carburante.
Un aereo passeggeri in volo
Pertanto, è generalmente accettato che un aereo passeggeri voli a un’altitudine ideale di 10.000 metri dal suolo.
Se si misura la pressione atmosferica a un’altitudine di 9.000 metri, il barometro mostrerà solo 240 mm di colonna di mercurio, e a un’altitudine di 12.000 metri — già 140 mm, ed entrambi gli indicatori sono 3-4 volte inferiori alla normale pressione atmosferica alla superficie della terra (760 mm di colonna di mercurio), ma i progettisti di aerei inseriscono questi parametri con coefficienti di riserva nella progettazione e nelle modalità di funzionamento normale delle camere di combustione dei motori a reazione.
Altitudine di volo ottimale
Anche tutti i banchi di prova delle fabbriche sono regolati su questo indicatore e, sulla base di osservazioni pratiche, di molti anni di lavoro degli scienziati e dell’esperienza pratica nei test degli aerei, è stato stabilito che la pressione atmosferica di 200 mm o 20 cm di colonna di mercurio è ideale per i voli passeggeri e cargo.
Questa altezza di volo è assolutamente inaccettabile per la vita umana, pertanto la cabina dell’aereo viene accuratamente sigillata prima del volo, come dimostrano i sensori presenti nella cabina di pilotaggio, e all’interno della nave speciali apparecchiature di compressione mantengono artificialmente il livello di ossigeno e la pressione normale a bordo anche a 10.000 metri di altitudine. In caso di incidente o di improvvisa depressurizzazione della cabina, ogni persona viene immediatamente dotata di maschere di ossigeno con fornitura automatica di miscela respiratoria.
L’altitudine ideale o effettiva che un aereo può raggiungere dipende anche dalla sua progettazione e dalle sue caratteristiche tecniche. Così, gli aerei a corto raggio (fino a 3.000 km) o a medio raggio (fino a 7.000 m) raramente possono raggiungere quote superiori agli 11.000 m, mentre gli aerei di linea a lungo raggio possono facilmente superare il limite dei 12.000 m, ma sono limitati dalle leggi sulla sicurezza del trasporto aereo e dalle azioni dei controllori del traffico aereo a terra.
In realtà, però, nessun aereo di linea supera i 12.000 metri o i 30.000 piedi, se non in casi di emergenza, perché a questa quota l’aria perde densità, il che fa «cadere» l’aereo in buche d’aria in caso di correnti ascendenti o discendenti, e i motori a reazione non possono utilizzare la potenza della densità persa delle masse d’aria in modo sufficientemente efficiente da garantire la velocità ottimale della nave, il che comporta un inutile aumento del consumo di carburante e una riduzione dell’autonomia massima di volo. Pertanto, l’altitudine massima di volo di un aereo con passeggeri non supera i 12.000 metri.
Principio di funzionamento dell’ala di un aereo
Quando si vola al di sotto dei 9.000 metri, invece, la resistenza dell’aria è notevole e, nonostante il funzionamento efficiente dei motori, l’aereo non è in grado di raggiungere la velocità massima di crociera a causa dei forti venti contrari, il che comporta anche un consumo eccessivo di carburante.
Quindi, alla domanda: «A quale altitudine volano gli aerei passeggeri?» la risposta è una sola: a diverse altitudini, ma all’interno del corridoio da 9 km a 12 km, in media 10 km.
Ulteriori informazioni! La moderna tecnologia aeronautica dispone di velivoli unici nel loro genere, in grado di superare quote aeree di 20, 30, 40, 50 e persino 100 chilometri, fino all’ingresso nell’orbita prossima alla Terra. Ad esempio, il record mondiale di altezza per un aereo è stato di 112.000 m nel 2004 su una Space Ship One alimentata da un razzo.
Ma queste altitudini vengono superate esclusivamente per scopi scientifici, di sperimentazione o militari, quando è necessario condurre campionamenti aerei, o effettuare un volo di addestramento per astronauti, o nascondere un velivolo militare dagli schermi radar dei civili in condizioni di stretta segretezza, e tutti i passeggeri, i membri dell’equipaggio e i piloti sono preparati per lungo tempo a forti sovraccarichi, sia positivi che negativi, su speciali simulatori, il che non è compatibile con i trasporti commerciali di passeggeri.
Aerei militari ad un’altitudine di 25 chilometri
Fattori di sicurezza che influenzano la quota di volo ottimale
L’altitudine di volo ottimale di un aereo passeggeri viene scelta in base a diversi criteri, ma l’altitudine media è di 10.000 metri. Questa distanza dal suolo è determinata anche per motivi di sicurezza del volo, ovvero
- All’altitudine di volo ideale i motori sono raffreddati naturalmente: a una quota superiore ai 10.000 metri la temperatura dell’aria scende al di sotto dei 50 gradi Celsius, il che protegge dal surriscaldamento i meccanismi di azionamento degli aerei alimentati con carburante per aviazione ad alto numero di ottani, eliminando il rischio di incendio e prevenendo una catastrofe.
- Ad altitudini superiori agli 8.000 metri, di norma, terminano tutte le influenze della superficie terrestre sull’atmosfera, quindi anche le zone di formazione di nubi, nebbie, nuvole e fronti di tuono, il che rende il volo sicuro in caso di maltempo; ne consegue che già quando si guadagna quota fino a 9.000 metri, l’aeromobile si eleva al di sopra delle nuvole e non dipende dai fenomeni meteorologici.
- La totale assenza di uccelli, insetti e altri rappresentanti della fauna terrestre garantisce l’assoluta purezza e la perfetta composizione chimica delle masse d’aria ed esclude l’ingresso di oggetti estranei nei motori che lavorano sull’azione reattiva dell’aria, che potrebbero portare alla loro accensione e all’incidente in volo.
- Il fattore più importante è che più alta è l’altitudine, più tempo hanno i piloti per prendere decisioni salvavita in caso di emergenza, che spesso salvano la vita di centinaia di passeggeri e membri dell’equipaggio. Per questo motivo, tra i dipendenti dell’aviazione è diffusa l’opinione che le fasi più pericolose del volo siano il decollo e l’atterraggio, quando i piloti non hanno il diritto di sbagliare in caso di minima imprecisione insieme ai pericolosi effetti dell’atmosfera. E nel volo orizzontale, dopo aver guadagnato la quota di crociera, quasi ogni situazione, fino all’avaria di tutti i motori, è risolvibile.
Pertanto, la scelta del corridoio di altitudine minima per il volo orizzontale di un aeromobile è assolutamente giustificata dai requisiti di sicurezza per il trasporto aereo commerciale, quando la compagnia aerea è pienamente responsabile della vita e della salute dei suoi clienti, oltre che dei costi materiali per il proprietario dell’aeromobile.
Il fattore umano nella scelta dell’altitudine di volo ottimale
All’interno del corridoio aereo stabilito da 9.000 metri a 12.000 metri, i piloti e i dispatcher determinano autonomamente l’altitudine di volo ideale di un aeromobile in base ai seguenti criteri:
- Regole di direzione del volo. Nel corso dei molti anni di sviluppo dell’aviazione civile nel mondo, i partecipanti al processo di trasporto aereo hanno sviluppato regole tacite per la scelta dell’altitudine di volo ottimale. Così, è accettato che qualsiasi volo aereo verso est, nord-est e ovest-est avvenga ad altitudini dispari di 9.000 metri e 11.000 metri, e verso ovest, nord-ovest e sud-ovest — ad altitudini pari di 10.000 metri e 12.000 metri. Ciò consente ai dispatcher di organizzare comodamente le traiettorie degli aerei, di cercare le navi giuste e di monitorare il radar quando gli aerei di linea si trovano nella zona di giurisdizione di una o dell’altra torre di controllo e, se necessario, di garantire l’innalzamento o l’abbassamento degli aerei di piccole quantità.
- In caso di fronte a un forte temporale o di avvicinamento di correnti d’aria miste ascendenti e discendenti (zona di turbolenza), l’aeromobile può spostarsi all’interno del corridoio aereo per sorvolare l’ostacolo solo con la conferma del dispatcher per evitare possibili sovrapposizioni con altri aeromobili. Il comandante dell’aeromobile, vedendo gli indicatori di variazione della composizione dell’aria sugli strumenti del cockpit, fa richiesta alla torre di controllo più vicina e, dopo aver atteso l’autorizzazione, esegue la manovra necessaria. Di norma, i piloti esperti analizzano le condizioni meteorologiche lungo l’intera traiettoria di volo prima della partenza e comunicano in anticipo ai controllori del traffico aereo eventuali cambiamenti di altitudine del loro aereo.
Aereo di linea in un fronte temporalesco
Se c’è il pericolo che due aeromobili che volano in direzioni diverse incrocino le loro traiettorie, il dispatcher ordina autonomamente al pilota di cambiare l’altitudine di crociera il prima possibile. Questo lavoro richiede grande responsabilità e attenzione da parte dei dipendenti, poiché anche una piccola deviazione dalla rotta di altitudine può portare a conseguenze imprevedibili.
Il dispatcher, inoltre, vede sempre sul radar le minime fluttuazioni delle condizioni meteorologiche lungo la rotta di ogni volo e, se l’equipaggio non è al corrente dell’imminente maltempo, può sempre avvertire della necessità di cambiare quota in anticipo, consentendo ai piloti di farlo senza manovre improvvise.
Prendete nota! Con il rapido sviluppo dell’aviazione civile nel mondo negli ultimi anni, in media nel cielo ci sono fino a 5.000 aeromobili che si muovono in direzioni diverse, il che non esclude la possibilità di incrociare le traiettorie di volo, per cui la precisione del posizionamento in quota dell’aereo di linea per la sicurezza è specificata fino a 10 metri.
Inoltre, nei cieli sono frequenti i casi in cui un aereo durante il volo entra nella zona di turbolenza e l’equipaggio deve decidere di cambiare echelon sul posto; il dispatcher, essendo a conoscenza del problema in questa zona, ha la possibilità di correggere le traiettorie degli altri aerei che volano nella stessa direzione.
Aspetto della torre di controllo
Record di altitudine raggiunti dagli aerei passeggeri
Pochi aerei sono in grado di raggiungere la massima quota civile di 12.000 metri. Ad esempio, l’Airbus A310 può raggiungere un’altitudine massima di soli 11.000 metri, mentre il Boeing 737-400 può arrivare a 12.000 metri. Di norma, gli aerei passeggeri non superano questa soglia.
Tuttavia, la storia conosce i casi in cui quasi contemporaneamente in URSS e in Francia sono stati prodotti e messi in funzione i famosi aerei di linea supersonici per il trasporto passeggeri Tu144 di varie modifiche e Concorde, che sviluppavano una velocità massima a supersonica fino a 2500 km/h, e occupavano la fascia aerea dei voli fino a 18.000 m, ma erano in grado di salire a 20.000 m con una lunghezza di oltre 7000 km. Il trasporto passeggeri è iniziato negli anni ’70 e ha permesso di dimezzare quasi il tempo di percorrenza fino al punto di arrivo rispetto agli aerei convenzionali.
Tuttavia, a causa di numerosi incidenti che hanno causato la morte di molte persone, dell’aumento dei costi del carburante e della difficoltà di manutenzione dei motori a reazione che si bruciavano rapidamente, riducendo la vita operativa dell’aereo, il velivolo è stato considerato inaffidabile e, di conseguenza, è stato ritirato dal servizio all’inizio degli anni 2000. Così, il Tu 144 ha cessato i voli commerciali in Russia e all’estero durante la perestrojka, e il Concorde ha effettuato il suo ultimo volo nel 2004.
L’aereo supersonico Concorde
Sulla base dei dati sopra riportati, possiamo concludere che l’aviazione civile ha trovato l’intervallo di altitudine ottimale per il trasporto commerciale e, nonostante siano possibili voli a limiti verticali molto più elevati, non ha senso sforzarsi di raggiungerli. È la fascia di altitudine operativa compresa tra i 9 e i 12 chilometri a garantire la minima resistenza all’aria, la massima velocità e il consumo ottimale di carburante, che influisce sia sul tempo di viaggio verso la destinazione sia sul costo del volo, che si riflette sul prezzo del biglietto per i passeggeri.
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