Tecnologie avanzate per i serbatoi dei voli ipersonici
Sebbene la propulsione a razzo ipersonica sia alquanto semplice, il funzionamento della tecnologia sugli aerei è tutt’altra storia. Benché gli studi del passato abbiano permesso il progresso della progettazione aerodinamica dei veicoli, nessuno di essi ha affrontato con sufficiente dettaglio la questione critica dello stoccaggio e l’utilizzo del carburante criogenico su un aereo di linea. I ricercatori hanno impiegato un approccio globale per affrontare questa sfida nel contesto del progetto CHATT (Cryogenic hypersonic advanced tank technologies). Hanno realizzato con successo quattro diverse strutture per serbatoio dimostrative, ognuna delle quali introduceva nuovi concetti di design e materiali. Il serbatoio più grande è un recipiente cilindrico di circa 3 m di lunghezza e 1 m di diametro, che utilizza un polimero rinforzato da fibre di carbonio (CFRP) avvolto su un rivestimento in polimero. Un altro recipiente cilindrico più piccolo è stato prodotto con la tecnologia innovativa a carica a secco. Il terzo recipiente sfruttava un design senza rivestimento, e il quarto serbatoio è stato prodotto come serbatoio a più scomparti adatto a sezioni trasversali della fusoliera non circolari. Uno dei risultati più importanti è stato che laminati in strato sottile possono in larga misura ridurre o addirittura impedire la microfessurazione in ambienti criogenici. Ciò spiana la strada alla progettazione di serbatoi CFRP senza rivestimento e ultra-leggeri. È stato riscontrato che l’uso del rivestimento non solo influenza negativamente l’integrità strutturale del serbatoio, ma offre anche percorsi di perdita di fluidi all’interno del serbatoio. I serbatoi criogenici per le linee aeree future richiedono non solo strutture leggere del serbatoio, ma anche sistemi di isolamento leggeri, resistenti e affidabili. I criogel estendono gli intervalli di temperatura degli aerogel convenzionali di diverse centinaia di gradi, e risultano allo stesso tempo molto più economici. CHATT è stato il primo progetto che ha cercato di analizzare come i fenomeni di rovesciamento nei grandi serbatoi influiscano sul controllo del volo attraverso la modellazione e l’analisi estensiva. La costruzione e il collaudo di uno scambiatore di calore in ceramica hanno aumentato notevolmente le conoscenze sui materiali ceramici per applicazioni di trasferimento del calore criogenico. Gli aerei che superano di diverse volte la velocità del suono possono cambiare il modo in cui le persone considerano i viaggi a lungo raggio. A parte i voli ipersonici, i risultati del progetto possono influire anche sul trasporto di passeggeri tradizionale subsonico, proponendo mezzi per ridurre o addirittura azzerare le emissioni di gas serra del traffico aereo.
Parole chiave
Tecnologie serbatoio, volo ipersonico, serbatoi di carburante, criogenico, CHATT, CFRP, strato sottile
