Modellare l’impatto con uccelli sulle future ali degli aerei
L’Unione europea ha lanciato il suo programma di ricerca più ambizioso, Clean Sky, che mira a ridurre drasticamente sia le emissioni di sostanze inquinanti che il rumore associati al trasporto aereo. L’ala a flusso laminare naturale (Natural Laminar Flow, NLF) è uno dei concetti più promettenti in fase di sviluppo e contribuirà a ridurre la resistenza, il consumo di carburante e le emissioni relative. La NLF su un’ala di aereo viene ottenuta adottando una struttura del bordo d’attacco (Leading Edge, LE) in composito integrale, creando una superficie perfettamente liscia, omettendo eventuali elementi di giunzione quali rivetti e bulloni. Tuttavia, l’introduzione di una sezione dell’ala in composito sul velivolo e l’assenza di ipersostentatori sul bordo d’attacco causa una geometria che è al di fuori della gamma di convalida per i modelli numerici esistenti e le simulazioni di impatto con uccelli. Il progetto BIRDSTRIKE (Investigation of bird strike criteria for natural laminar flow wings), finanziato dall’UE, è stato istituito per sviluppare una capacità di analisi dell’impatto con uccelli convalidata, consentendo in tal modo ai partner del programma Smart Fixed Wing Aircraft (SFWA) di simulare l’impatto degli uccelli su un bordo d’attacco in polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) di un’ala NLF. Ciò è stato ottenuto attraverso la creazione di un programma combinato di test e analisi / simulazione per determinare l’entità del danno e convalidare i criteri di rottura del materiale composito applicabili per la simulazione dell’impatto con uccelli sui pannelli dei bordi d’attacco di ali NLF. I partner del progetto hanno selezionato i materiali e i design per testare i componenti rappresentativi dei pannelli del bordo d’attacco delle ali a flusso laminare naturale. I pannelli piani irrigiditi e non irrigiditi sono stati realizzati con preimpregnato epossidico HexPly M21E di Hexcel rinforzato con fibra di carbonio intermedia HexTow IMA. Prove sperimentali di impatto con uccelli sono state eseguite su entrambi i pannelli CFRP piani irrigiditi e non-irrigiditi, a seguito della progettazione e produzione di una corretta struttura di supporto. Inoltre, ispezioni di controllo non distruttivo sono state effettuate su pannelli prima e dopo le prove di impatto utilizzando la shearografia laser. Per la simulazione numerica di impatti con uccelli su strutture composite, è stato sviluppato e applicato un approccio con shell impilati come un’alternativa promettente e computazionalmente efficiente all’approccio classico con elementi solidi ed elementi shell. Modelli con elementi finiti (FE) sono stati creati per la simulazione dei pannelli piatti non-irrigiditi e irrigiditi nei test di impatto con uccelli, tra cui gli uccelli modello e la modellazione dei danni ai materiali e della delaminazione. Al fine di convalidare i modelli di simulazione numerica, i ricercatori hanno confrontato il comportamento globale calcolato dei pannelli e immagini della telecamera ad alta velocità, che sono state realizzate per tutte le prove simulate. Si è constatato che i profili deformati ottenuti dalle analisi FE erano in accordo con le rispettive immagini della telecamera ad alta velocità. L’introduzione di una sezione dell’ala laminare sul velivolo e l’assenza di ipersostentatori sul bordo d’attacco ha comportato una geometria che non rientra nel campo di convalida per modelli numerici esistenti e simulazioni di impatto con uccelli. Tuttavia, la ricerca condotta e gli strumenti di simulazione numerica sviluppati da BIRDSTRIKE hanno colmato queste lacune conoscitive. Così, i risultati del progetto contribuiranno al raggiungimento degli obiettivi di riduzione del consumo di carburante e delle emissioni attraverso l’applicazione del flusso laminare naturale ad un concetto di Velivolo a breve raggio (Short Range Aircraft, SRA).
Parole chiave
Simulazione dell’impatto con uccelli, prove di impatto con uccelli, ala a flusso laminare naturale, BIRDSTRIKE
