In altra sede (vedi LE CATEGORIE SPORTIVE UFFICIALI) sono elencate le varie categorie di aeromodelli, con motore (magari solo per la salita nei modelli in volo libero) o senza, da durata, velocità, acrobazia, ecc., ad ala fissa o ruotante, che quindi ricalcano in scala quasi tutte le specialità aeronautiche, diremmo anzi con qualcosa in più, data la crescente diffusione della propulsione elettrica.

Le leggi aerodinamiche fondamentali che governano il volo sono le stesse sia per gli aerei sia per gli aeromodelli. Quindi anche un modello deve essere ben progettato e, dopo la costruzione, collaudato e centrato per ottenere i migliori risultati. Per il progetto ci si basa generalmente su dati statistici rilevati da altri modelli, ma la conoscenza delle nozioni basilari di aerodinamica è utile per migliorare i risultati, sia in fase di progetto, che di centraggio e di volo.

Le formule della portanza, della resistenza, della velocità di sostentamento in volo orizzontale, della velocità minima (pre-stallo) e massima, della velocità di salita sotto motore e di discesa in planata, dell’efficienza e della trazione, sono le medesime usate per gli aerei veri, purché si presti attenzione alle unità di misura. Ad esempio il carico alare, normalmente espresso in kg/m², negli aeromodelli è espresso in g/dm², e quindi deve essere diviso per 10 prima di essere introdotto nelle formule. Queste danno la velocità in m/s, per cui i risultati devono essere moltiplicati per 3,6 per passare ai km/h. Le lunghezze in campo aeromodellistico sono normalmente espresse in centimetri o millimetri, anziché in metri, e di ciò bisogna tener conto, trasformandole in metri, oppure usando le stesse unità di misura, se ad esempio una formula contiene due grandezze omogenee al numeratore ed al denominatore.

La principale differenza fra aeromodelli ed aerei "full size" consiste nel molto più ridotto "Numero di Reynolds", cioè quell’espressione adimensionale di similitudine dinamica, data dal prodotto della velocità relativa dell’aria che investe un corpo per la lunghezza di quest’ultimo (in particolare il riferimento è alla corda alare) e per il rapporto fra densità e viscosità dell’aria, rapporto che in campo aeromodellistico, dato che normalmente non si raggiungono quote elevate, è in pratica considerato costante nel valore di 69.000. Con la corda alare espressa in metri e la velocità in m/s, il NR negli aeromodelli varia dai 6-7.000 dei modelli da sala ai 25-50.000 dei modelli in volo libero, ai 100-300.000 dei modelli radiocomandati in assetto di durata e di distanza, fino ai 700.000-1.000.000 dei modelli da velocità a motore a scoppio (pylon racers) e anche dei veleggiatori e motoveleggiatori elettrici in assetti d'alta velocità. Come termine di raffronto negli alianti si hanno valori del NR di 2-3.000.000, negli aerei dell’aviazione leggera sui 7-10.000.000, nei jet di linea oltre i 100.000.000.

Purtroppo ai bassi valori del NR peggiorano sensibilmente le caratteristiche aerodinamiche dei profili alari. Infatti, la resistenza tende a ridursi al crescere del NR, e si ha anche un sensibile incremento del coefficiente di portanza massima. Ma il peggioramento maggiore si ha quando si scende al di sotto di un valore chiamato NR critico che, secondo il tipo di profilo alare, può variare all'incirca fra 30.000 e 200.000. Si cade allora nel campo subcritico, con forte aumento di resistenza e notevole riduzione di Cp_max e quindi dell’efficienza Cp/Cr. Infatti, il valore del NR regola l’andamento dei filetti fluidi nello "strato limite" (cioè quello strato d'aria - dello spessore di pochi millimetri, o anche di decimi ad elevati valori di NR - in cui la velocità varia da zero a contatto con la superficie, per effetto della viscosità dell’aria, al valore del flusso indisturbato), strato che può avere un andamento "laminare" (le particelle d'aria formano sottili straterelli che scivolano l’uno sull’altro) o "turbolento" (le particelle passano da uno straterello all’altro con piccoli vortici, scambiandosi energia) fig.-1. Nel primo caso si ha una minore resistenza di attrito, ma un prematuro distacco dalla superficie (specie dorsale) dell’ala, con riduzione del Cp_max e formazione di una spessa scia vorticosa (aumento della resistenza di forma); invece lo strato limite turbolento ha maggiore resistenza di attrito ma, grazie allo scambio di energia fra gli straterelli di aria, si mantiene più a lungo aderente alla superficie, riducendo lo spessore della scia vorticosa e quindi la resistenza di forma. Da notare che il distacco prematuro d'origine laminare può anche verificarsi solo a determinati assetti, facendo assumere andamenti irregolari alla curva "polare" del profilo (curva che pone a raffronto le variazioni di Cr in funzione di Cp), provocando gravi anomalie nell’andamento del volo, fig.-2.

Il fenomeno si spiega considerando che l’aria inizia a scorrere sull’ala, partendo dal bordo d’entrata, con flusso laminare. Ad un certo punto, quando la lunghezza percorsa, moltiplicata per la velocità dell’aria e per il rapporto anzidetto, raggiunge il valore del NR critico, avviene la transizione in flusso turbolento. Negli aeromodelli, specie quelli in volo libero, date le ridotte dimensioni e la bassa velocità, può verificarsi il distacco del flusso prima della sua transizione (regime subcritico), per cui bisogna adottare profili alari a basso NR critico (sottili, con naso appuntito e spessore massimo avanzato), magari con l’aggiunta di piccoli listelli o fili sporgenti nel senso dell’apertura alare (turbolatori), spesso seguiti da striscioline di nastro adesivo (rinvigoritori), per assicurare che il flusso si trasformi al più presto in turbolento e si mantenga tale, in modo da restare il più a lungo possibile aderente alla superficie dorsale dell’ala, fig.-3.

Invece in aeromodelli più grandi e veloci, come negli aerei e negli alianti, si cerca di mantenere il più a lungo possibile lo strato limite laminare, per ridurre la resistenza d'attrito, con la certezza che in ogni caso esso, fra il 30 e il 40% circa della corda alare, si trasformerà in turbolento e non si avrà un distacco anticipato. A tal fine si usano i profili cosiddetti "laminari", caratterizzati da curvature molto graduali nella parte anteriore e spessore massimo piuttosto arretrato, e quindi da bassi gradienti di pressione fig.-4. Tali profili non sono però generalmente utilizzati per aeromodelli ed aerei acrobatici, nei quali ha più importanza il Cp_max che la resistenza minima.

Quindi negli aeromodelli si utilizzano profili di caratteristiche molto diverse: lastra concava monosuperficie per i modelli da sala; profili sottili e concavi, che consentono la minima velocità di discesa in planata (valore di Cp^1,5/Cr_max) per i modelli da durata in volo libero; profili piano convessi (con ventre piano, per semplificare la costruzione) per modelli scuola; profili asimmetrici più o meno laminari e con maggiore o minore inarcamento della linea media per modelli veleggiatori ed a motore radiocomandati; profili biconvessi simmetrici per modelli acrobatici in volo vincolato circolare e radiocomandato; profili autostabili per modelli senzacoda, ecc. In linea generale, nei modelli dai quali si richiedono le migliori prestazioni di velocità od efficienza in volo veloce (gare di distanza) occorre cercare il profilo che presenti il minimo valore di Cr in corrispondenza del Cp di funzionamento, cosa rilevabile dalla polare del profilo, sempre che tale polare (teorica o sperimentale) sia disponibile ai NR che c'interessano.

E’ poi noto che oltre alla resistenza di profilo dell’ala ed a quella parassita provocata da fusoliera, impennaggi, eventuali carrelli ed altri accessori, un’altra importante componente della resistenza totale (che è quella che determina il valore dell’efficienza Cp/Cr del velivolo, che a sua volta è il fattore che determina il rapporto fra peso totale e trazione necessaria per il volo orizzontale, nonché il rapporto di planata di un veleggiatore in aria calma, vale a dire senza correnti ascendenti termiche o dinamiche) è costituita dalla resistenza "indotta", provocata essenzialmente dalla deviazione verso il basso del flusso a valle dell’ala e dai vortici che si formano alle estremità alari, per effetto della differenza di pressione fra superficie ventrale e dorsale fig.-5.

La resistenza indotta è direttamente proporzionale al quadrato del Cp di funzionamento ed inversamente proporzionale all’allungamento alare (rapporto fra apertura e corda media). V'influiscono poi in misura minore la vista in pianta dell’ala e la forma delle sue estremità.

Dall’influenza dei parametri anzidetti risulta che la resistenza indotta è bassa per velivoli veloci, con basso Cp di funzionamento, mentre diventa una componente sostanziale della resistenza totale in velivoli lenti, ad esempio alianti in termica, e particolarmente negli aeromodelli in volo libero e veleggiatori radiocomandati che eseguono prove di durata, specie se in aria calma, e quindi planano a bassa velocità, con elevato valore di Cp. Per ridurla, aumentando l’efficienza, si cerca di aumentare l’allungamento fig.-6, ma ciò comporta una riduzione del NR, per cui, secondo quanto già detto, si ha un aumento della resistenza di profilo, con rischio di cadere in campo subcritico. Pertanto caso per caso, in base al peso (che influisce sulla velocità) ed alle dimensioni del modello, bisogna andare alla ricerca del valore ottimale dell’allungamento, abbinandola a quella del profilo alare più adatto al NR di funzionamento. In ogni caso anche nei veleggiatori radiocomandati delle categorie ufficiali, nei quali l’apertura alare raramente supera i 3,50 m, generalmente si resta sotto a 18 come valore di allungamento e l’efficienza massima resta inferiore a 30 (siamo lontani dai quasi 30 di allungamento e 60 di efficienza di un aliante classe libera!). Solo in alcuni maxiveleggiatori da manifestazione si possono ottenere valori superiori.

Naturalmente si adotta un valore dell’allungamento più basso quando si progettano modelli di categorie basate sulla velocità (nei quali la resistenza indotta è bassa) o sull’acrobazia (nei quali la resistenza ha minore importanza) e si può scendere a valori di 5-6 e in alcuni casi anche meno.

Sono anche in corso ricerche sulle forme ottimali della vista in pianta alare e delle sue estremità. Per la prima si cerca di avvicinarsi all’ideale teorico della distribuzione ellittica della portanza (per ottenere la quale non è sufficiente una forma geometricamente ellittica) con forme a bordo d’uscita rettilineo e bordo d’entrata a rastremazione plurima (come nell’aliante "Discus"), ma nei modelli più piccoli occorre stare attenti a non ridurre troppo le corde d'estremità, per non abbassare il NR locale, con peggioramento delle caratteristiche e possibilità di stalli d'estremità, per cui in alcuni modelli più semplici si finisce per preferire un’ala rettangolare.

Per quanto concerne le estremità, nei modelli da gara si sperimentano i "tips" a becco in alto o in basso fig.-7, le "winglets" (ormai diffuse in campo aeronautico, ma ancora da studiare come efficacia alle condizioni di volo degli aeromodelli). Si stanno studiando anche le estremità a scimitarra proiettate all’indietro, che dovrebbero ridurre l’influenza negativa dei vortici d'estremità sulle parti esterne della superficie alare.

Naturalmente negli aeromodelli, come negli aeromobili, la velocità minima di sostentamento aumenta nelle virate, tanto più quanto maggiore è l’angolo d'inclinazione fig.-8. Di ciò bisogna tener conto nei modelli con ridotta potenza motrice, com'è il caso di molte riproduzioni di veri aerei, per evitare disastrosi stalli in virata.

Negli aeromobili oggi i propulsori principi restano il motore a scoppio (che ottiene la forza di trazione mediante l’elica) per l’aviazione leggera ed il motore a reazione per quella commerciale. Negli aeromodelli (tranne ovviamente i veleggiatori) il primo propulsore è stata la matassa elastica, ancora utilizzata in alcune categorie del volo libero, ma oggi il più diffuso è il motore a scoppio, anche se sta prendendo molto piede il motore elettrico. Tutti naturalmente hanno bisogno dell’elica, mentre poco diffusi sono i motori a reazione. Un certo utilizzo si è avuto del semplice "pulsogetto" (quello usato sulle prime bombe volanti V1), peraltro molto rumoroso e di basso rendimento energetico. Ora si stanno diffondendo i motori a reazione a turbina, ma sono ancora molto costosi. Nei modelli riproduzione i reattori vengono spesso simulati con motori a scoppio carenati ed azionanti ventole intubate, che sostituiscono l’elica, con un rendimento peraltro minore.

Anche negli aeromodelli si usano in molti casi dispositivi d'ipersostentazione fig.-9, generalmente del tipo più semplice di flap a superficie fissa, che può essere costituito dalla stessa superficie degli alettoni (o ad essi abbinato), che svolgono così una doppia funzione, con movimento differenziale e/o abbinato verso il basso. Gli stessi flaps-alettoni possono anche essere usati come freni aerodinamici, più efficaci dei consueti diruttori. Infatti, abbassando di 20-30° i flaps centrali ed alzando contemporaneamente di circa 10° ambedue gli alettoni d'estremità, che comunque mantengono la loro funzionalità (disposizione detta "butterfly") si ha una rilevante riduzione dell’efficienza, utile per le gare di veleggiatori che prevedono un punteggio per l’atterraggio di precisione.

Naturalmente gli aeromodelli, specie se in volo libero, e quindi non pilotabili, devono essere dotati di un certo grado di autostabilità, oltre ad essere equilibrati, nella fase di centraggio, sui tre classici assi di rotazione fig.-10.

Particolarmente importante è la stabilità longitudinale (intorno all’asse trasversale), che richiede una giusta combinazione di superficie dell’impennaggio orizzontale e del relativo braccio di leva rispetto al baricentro fig.-11abc  (oltre ad un giusto "diedro longitudinale", vale a dire differenza di calettamento fra ala ed impennaggio orizzontale), in modo tale che il "punto neutro" o "fuoco" dell’intero modello risulti situato dietro al baricentro (che nei modelli da volo libero è spesso posto in posizione arretrata, intorno al 50-60% della corda alare, dato che l’impennaggio orizzontale ha un profilo portante, per contribuire alla portanza totale in planata e per controllare meglio l’assetto cabrato in salita sotto forte potenza). Si deve avere cioè un adeguato "margine statico" fig.-12, condizione indispensabile perché ad ogni variazione d'assetto si verifichi un momento correttivo stabilizzante.

La stabilità direzionale (intorno all’asse verticale) è assicurata dal consueto impennaggio verticale fig.-13, mentre quella trasversale (intorno all’asse longitudinale) dal "diedro alare" fig.-14, che deve essere abbastanza rilevante (nell’ordine dei 10° per semiala) nei modelli da volo libero, mentre arriva ad annullarsi nei modelli acrobatici. Da notare che fra entità del diedro alare e superficie dell’impennaggio verticale esiste una stretta relazione, non solo ai fini di una corretta stabilità direzionale e trasversale, ma anche della manovrabilità intorno ai due assi verticale e longitudinale (è nota la relazione fra i due movimenti). Infatti un modello con un buon diedro alare può essere fatto virare anche con il solo direzionale, per un effetto di rollio indotto, senza bisogno di alettoni, che non sarebbero efficaci fig.-15.

Invece un modello senza diedro vira soltanto con gli alettoni, mentre il solo direzionale lo farebbe semplicemente derapare. Peraltro, specie in modelli con forte allungamento alare, si deve tener presente il fenomeno dell’imbardata rovescia fig.-16, che può essere contrastato con l’uso degli alettoni differenziali, oltre al corretto abbinamento di comandi di alettoni e direzionale (e spesso anche di elevatore, per evitare perdite di quota in virata).

Naturalmente, specie per gli aeromodelli radiocomandati e per quelli in volo circolare, notevole importanza assumono i concetti di "manovrabilità e sensibilità ai comandi" e di "inerzia e smorzamento aerodinamico", concetti che peraltro sono analoghi a quelli che governano l’aviazione generale. La manovrabilità aumenta con la riduzione del carico alare e l’aumento del Cp_max; la sensibilità ai comandi aumenta con l’incremento delle superfici mobili (direzionale, elevatore ed alettoni) e del loro movimento angolare (che generalmente è bene non superi i ± 20°, altrimenti perde efficacia, con possibilità di stallo delle superfici) e con la riduzione dei bracci di leva e la concentrazione delle masse, fattori che comportano la riduzione dell’inerzia e dello smorzamento aerodinamico (ambedue proporzionali al quadrato dei bracci di leva). Vediamo quindi ad esempio i modelli da combat in volo circolare o i cosiddetti "fun Fly" (modelli acrobatici radiocomandati da divertimento) che sono in grado di eseguire looping di pochi metri di diametro, mentre i modelli acrobatici da gara, per effettuare manovre dolci ed armoniose, hanno bracci di leva lunghi, per aumentare lo smorzamento.

Naturalmente ciascuna categoria di aeromodelli ha i suoi problemi tecnici specifici, per ognuno dei quali bisogna ricercare la soluzione ottimale, come abbiamo sintetizzato in altra sede (vedi LE GARE DI AEROMODELLI).

Chiudiamo ora l’argomento con un accenno alle tecniche costruttive, ed in particolare ai materiali più usati. Fino a qualche decennio fa il materiale principe per la costruzione degli aeromodelli era il "balsa", un legno leggerissimo proveniente dal Sudamerica, la cui densità può essere da 2 a 5 volte inferiore a quella delle essenze tradizionali. Esso presenta infatti una notevole varietà di densità, cui corrisponde ovviamente varietà di caratteristiche strutturali e quindi possibilità di un’oculata scelta a seconda degli elementi da realizzare. Venivano così costruite fusoliere "a traliccio", con correnti e traversini, oppure "a ordinate", sempre con correnti ed elementi di forma trasversali, generalmente realizzati in compensato sottile alleggerito (naturalmente venivano e vengono impiegati anche legnami più duri, come tiglio, spruce, betulla, faggio, ecc., per gli elementi sottoposti a maggiori sforzi strutturali). Per ali ed impennaggi si adottava la classica costruzione con bordo d’entrata, bordo d’uscita, centine (riproducenti il profilo prescelto) e longheroni (questi ultimi, specie per le ali dei modelli più grandi, generalmente in legno duro). Queste strutture venivano poi ricoperte, a seconda del tipo e delle dimensioni dei modelli, con carta o seta, trattate con tendicarta e vernici a base cellulosica. Non mancava l’uso di metalli per alcuni particolari, ad esempio filo d’acciaio per carrelli, ganci, assi per l’elica dei modelli ad elastico, oppure ottone per boccole, ecc.