In aeronautica, lo sforzo ingegneristico volto alla realizzazione di veivoli a disco, noti anche come dischi volanti o velivoli ad ala circolare mira alla costruzione di un aeromobile la cui forma in pianta è circolare o quasi circolare, in modo tale che la superficie portante e la cellula costituiscano in gran parte lo stesso corpo. Questa famiglia comprende le ali a pianta circolare (un disco pieno), le ali anulari o ad anello (un disco senza la parte centrale) e i corpi lenticolari (un disco dotato di spessore, con sezione biconvessa). Il lavoro ingegneristico su questa configurazione abbraccia oltre un secolo di storia, dai monoplani anulari Lee-Richards del 1913 fino ai prototipi di dischi supersonici che hanno volato sotto forma di piccoli velivoli senza pilota negli anni 2010.
Questa configurazione è stata ripresa più volte poiché un disco offre la massima superficie alare per una data apertura, angoli di stallo molto elevati, una struttura "a scatola" a corta apertura molto efficiente e, nell'era dei jet, una forma con caratteristiche interessanti per il volo ad alta velocità e per il rientro atmosferico. Tuttavia, ha ripetutamente fallito per una serie altrettanto coerente di ragioni: un'ala circolare ha un allungamento alare di circa soli 1,27, il che comporta una severa resistenza indotta dalla portanza; le ridotte dimensioni lungo la corda e l'apertura forniscono alle superfici di controllo un braccio di leva molto limitato; infine, i velivoli a simmetria radiale non hanno un riferimento naturale per il beccheggio o l'imbardata.
Primi esperimenti, 1911–1939
Monoplani anulari Lee–Richards (Hanno volato)
Il primo programma sostenuto nel tempo fu britannico. Test su modelli al National Physical Laboratory suggerirono che un'ala piana a forma di anello sarebbe stata intrinsecamente stabile con un comportamento di stallo benevolo — una questione viva nel 1911, quando la stabilità, non le prestazioni, era il problema centrale nella progettazione degli aeroplani. Cedric Lee e G. Tilghman Richards costruirono un aliante anulare biplano e poi tre monoplani anulari a grandezza naturale nel 1913-14. Il primo, dotato di un Gnome Lambda da 80 CV, fu fatto volare da Gordon England a partire dal novembre 1913; si rivelò stabile ma pesante in coda e andò distrutto dopo un'avaria al motore. La seconda e la terza macchina, con superfici di coda modificate e comandi elevoni riposizionati, furono descritte come piacevoli da pilotare e vennero utilizzate regolarmente fino al 1914, accumulando circa 128 ore di volo totali tra i tre velivoli. Altri due esemplari destinati alla gara Gordon Bennett erano incompiuti quando scoppiò la guerra; Lee fu ucciso in azione e la linea si esaurì.
Arup: la "piastra da tacco" a basso allungamento alare (Ha volato)
In Indiana, nei primi anni '30, il produttore di scarpe Cloyd Snyder sviluppò una serie di aerei la cui forma in pianta era derivata da una protezione in metallo per i tacchi delle scarpe (un bordo d'attacco dritto chiuso da un bordo d'uscita semicircolare). L'Arup S-2 volò per la prima volta nell'aprile 1933 con Glen Doolittle ai comandi e fu mostrato alla 500 Miglia di Indianapolis e alle National Air Races del 1933 prima di essere presentato ai funzionari a Washington. La sua combinazione di una velocità massima di 97 mph con uno stallo a 23 mph, unita alla capacità di mantenere circa 35° di incidenza senza perdere il controllo, argomentò a favore delle superfici portanti a basso allungamento in modo più persuasivo di qualsiasi resoconto da galleria del vento. Tra coloro che assistettero alle dimostrazioni di Washington c'era un giovane aerodinamico della NACA Langley, Charles H. Zimmerman.
Parasole Nemeth (Ha volato) Nel 1934 Steven Nemeth montò una grande ala circolare a parasole sopra una fusoliera altrimenti convenzionale e la fece volare presso la Miami University, in Ohio. L'aereo fu commercializzato puntando sulla sicurezza: atterraggi estremamente corti, maneggevolezza docile e la dichiarata capacità di scendere in modo quasi verticale a motore spento, poiché il disco fungeva da grezzo paracadute. Attirò l'attenzione della stampa ma non entrò in produzione. Il Nemeth appartiene a una sottofamiglia distinta: il disco è un'ala imbullonata piuttosto che la cellula stessa, perciò l'aereo conserva una coda convenzionale e quindi un'autorità di controllo convenzionale, motivo per cui ha volato agevolmente lì dove dischi più radicali non sono riusciti.
La Seconda Guerra Mondiale
Sack AS-6 (Solo balzi)
Arthur Sack, un agricoltore tedesco senza formazione aeronautica formale, iscrisse un modello ad ala circolare a un concorso nel 1938; il modello volava male e doveva essere lanciato a mano, ma Ernst Udet lo incoraggiò a continuare, intravedendo possibili applicazioni per l'osservazione o l'attacco al suolo. Dopo modelli progressivamente più grandi (da AS-2 ad AS-5), l'AS-6 V1 a grandezza naturale fu costruito nel gennaio 1944 presso le Mitteldeutsche Motorwerke e assemblato a Brandis. Era lungo 6,4 m con un'ala circolare di 5 m, spinto da un Argus As 10C-3 da 240 CV, e utilizzava carrello e componenti della cabina di un Messerschmitt Bf 109B.
Non volò mai. Le prove di rullaggio a partire dal febbraio 1944 rivelarono difetti alle superfici di controllo, guasti ai freni e spinta insufficiente; il pilota collaudatore, Rolf Baltabol, giudicò l'aereo sottopotenziato, mentre Sack diede la colpa a un angolo d'attacco insufficiente e spostò il carrello d'atterraggio all'indietro. I tentativi compiuti durante la primavera e l'estate produssero solo brevi balzi, che generalmente terminavano con il collasso del carrello. L'aereo fu danneggiato in attacchi aerei a bassa quota ed era già scomparso prima che le truppe americane raggiungessero Brandis nell'aprile 1945. L'AS-6 è significativo principalmente come l'unico vero aereo ad ala circolare tedesco, rispetto al quale può essere misurata la ben più vasta mole di presunti velivoli a disco tedeschi.
Le affermazioni sui dischi volanti tedeschi del periodo bellico Un'ampia letteratura popolare sostiene che la Germania abbia fatto volare velivoli a forma di disco durante la guerra, solitamente attribuiti a una combinazione di Rudolf Schriever, Klaus Habermohl, Richard Miethe e l'ingegnere italiano Giuseppe Belluzzo, ed elaborati successivamente in presunte serie "Haunebu" e "Vril" con connotazioni occulte. La traccia documentale non inizia durante la guerra ma nel 1950, quando Il Giornale d'Italia pubblicò l'affermazione di Belluzzo secondo cui velivoli a forma di disco erano stati studiati in Germania e in Italia a partire dal 1942, e Der Spiegel pubblicò il resoconto di Schriever su un velivolo a pale rotanti di 49 piedi (circa 15 metri) presumibilmente sviluppato presso gli stabilimenti BMW di Praga fino all'aprile 1945.
Gli storici non sono stati in grado di corroborare nulla di tutto ciò. La presunta assunzione di Schriever alla Heinkel non è mai stata confermata; di Habermohl non è stata trovata alcuna traccia; la narrazione della fuga di Miethe contiene impossibilità fisiche; i successivi documenti sugli Haunebu sono considerati falsificazioni del dopoguerra; e non sono mai emersi disegni, componenti, attrezzature, registri di approvvigionamento o tracce sugli aeroporti. Il consenso generale è che queste storie siano dicerie riciclate e bufale piuttosto che ingegneria occultata. Tuttavia, esse sono rilevanti per la storia dell'ingegneria, perché dalla metà degli anni '50 modellarono ciò che gli sponsor militari, e la stampa che ne scriveva, si aspettavano che un velivolo a disco fosse in grado di fare.
Zimmerman e il programma Vought
Vought V-173 "Flying Pancake" (Ha volato)
L'intuizione di Charles Zimmerman fu che la paralizzante resistenza indotta di un'ala a basso allungamento potesse essere attaccata alla sua fonte. La resistenza indotta è il prezzo della scia vorticosa; se grandi eliche fossero posizionate alle estremità alari e fatte ruotare contro la rotazione del vortice locale di estremità, i vortici avrebbero potuto essere parzialmente cancellati e l'ala portata a comportarsi come se la sua apertura effettiva fosse molto maggiore. Il risultato fu un aereo che era quasi tutto ala: una pianta circolare di 23,3 piedi (7,1 m) di diametro con un profilo simmetrico NACA, doppie derive e timoni, ampi equilibratori montati in coda, e due enormi eliche tripala alle estremità, collegate tra loro tramite ingranaggi e alberi di trasmissione in modo che ciascun motore potesse azionarle entrambe.
Il dimostratore concettuale V-173, costruito interamente in legno e spinto da due motori Continental da 80 CV, volò per la prima volta il 23 novembre 1942. Negli anni successivi completò circa 190 voli e 130 ore di volo circa, sopravvivendo a diversi atterraggi di fortuna, tra cui un ribaltamento (nose-over) senza gravi danni o feriti. Dimostrò il comportamento previsto quasi alla perfezione: decollo e atterraggio estremamente corti, volo quasi stazionario in presenza di forte vento contrario, e nessun vero e proprio stallo convenzionale; a questo si affiancavano comandi molto pesanti e non assistiti, un assetto cabrato che rendeva difficile l'avvicinamento, ed elevata resistenza aerodinamica. Rimane l'aereo ad ala circolare con pilota a bordo più estesamente collaudato mai costruito, e sopravvive nella collezione del National Air and Space Museum dello Smithsonian.
Vought XF5U-1 (Costruito, mai volato)
La Marina ordinò una versione da caccia, l'XF5U-1: strutturalmente simile ma molto più pesante, costruito in metallo, e propulso da due motori radiali Pratt & Whitney R-2000 da 1.600 CV che azionavano eliche articolate a quattro pale. Furono completate due cellule. Le prove a terra rivelarono vibrazioni a carico di eliche e riduttori che non furono mai risolte, e le forze sui comandi previste risultarono al limite. Con la Marina ormai orientata verso i turbogetti, il programma fu cancellato nel 1947 senza alcun volo, e le cellule furono rottamate — a quanto si dice, con non poca difficoltà, poiché la struttura resisteva alla palla da demolizione. La sequenza V-173/XF5U segna l'apice dei dischi azionati a elica: il concetto aerodinamico fu validato e divenne poi obsoleto a causa di un cambiamento nella tecnologia propulsiva, piuttosto che sconfitto nei suoi stessi termini.
L'era dei jet e dei VTOL, 1944–1961
Il brevetto "Discopter" di Weygers (Studio progettuale) Il disco inteso come veicolo a portanza verticale fu brevettato prima ancora di essere tentato. Alexander Weygers di Oakland, California, ne depositò la richiesta il 1° gennaio 1944 e ottenne il brevetto statunitense 2.377.835 il 5 giugno 1945 per un "Discopter": un mezzo a forma di disco, senza ali, dotato di rotori coassiali controrotanti incassati in un condotto aerodinamico interno, controllato da valvole nel tunnel inferiore e progettato con uno scafo a tenuta stagna per operazioni anfibie. Non fu costruito nulla, ma il brevetto stabilì il vocabolario visivo e meccanico — rotore chiuso, superficie superiore a filo, scarico vettoriabile — che quasi tutti i successivi progetti di VTOL a disco avrebbero riprodotto.
Aérodyne RC-360 di Couzinet (Studio progettuale) Nel 1955 il progettista francese René Couzinet, di ritorno dal Sud America, propose un veicolo a decollo verticale con dischi portanti controrotanti dotati di numerose piccole pale, destinato ad avere prestazioni da aeroplano piuttosto che da elicottero. Egli costruì un simulacro in scala tre quinti in legno e acciaio nella propria officina e lo pubblicizzò energicamente. Nessuna macchina a grandezza naturale fu costruita; non fu offerta alcuna soluzione all'accoppiamento giroscopico intrinseco nei grandi dischi portanti rotanti, e il sostegno ufficiale non si materializzò. Couzinet morì nel 1956.
Avro Canada: Progetto Y, Y-2 e Progetto 1794 (Studio progettuale)