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Aeroelastic Gust Modelling

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Volo regolare nelle turbolenze

La progettazione di aeromobili più leggeri promette di ridurre l’impronta di carbonio dell’aviazione, ma questi devono comunque essere abbastanza forti da resistere alle raffiche di vento. Per prevedere rapidamente tali carichi, alcuni ricercatori finanziati dall’UE hanno sviluppato modelli virtuali con un’accuratezza senza precedenti, il che ha permesso di concepire nuovi e radicali progetti di aeromobile.

Trasporti e Mobilità

A causa dei cambiamenti climatici, le turbolenze sono più comuni durante i viaggi aerei. Persino turbolenze deboli causano disagio e lesioni agli assistenti di volo, ma i piloti possono fare ben poco per rendere il viaggio meno accidentato: una turbolenza non è visibile a occhio nudo né può essere rilevata sui radar. Gli aeromobili più leggeri saranno più efficienti in termini di consumo di carburante ed emetteranno emissioni di carbonio meno dannose, ma possono anche fornire una guida più fluida? Per risolvere questo problema, i progettisti hanno bisogno di strumenti migliori in grado di prevedere i carichi dinamici e ottimizzare la loro progettazione. I ricercatori hanno avviato il progetto AEROGUST, finanziato dall’UE, per indagare a fondo su come le raffiche interagiscano con gli aeromobili. Una migliore comprensione delle raffiche porterà a progettazioni più leggere, riducendo potenzialmente i margini di sicurezza sovraconservativi. Ridotta necessità di collaudo nella galleria del vento «Lo sviluppo di nuovi metodi per affrontare le turbolenze atmosferiche è fondamentale per la progettazione e la certificazione di aeromobili e turbine eoliche», osserva la dott.ssa Ann Gaitonde, coordinatrice scientifica congiunta di AEROGUST. In entrambi i casi, brevi raffiche di vento possono creare carichi significativi sulle strutture. Per progettare strutture sicure è importante sapere quanto siano forti quei carichi nel peggiore dei casi. Ciò consente ai produttori di aeromobili o turbine eoliche di capire quanto devono essere resistenti le parti fondamentali delle strutture per far fronte alle sollecitazioni massime che potrebbero verificarsi durante il volo o il funzionamento, rispettivamente. «Attualmente, la maggior parte dei dati sperimentali relativi alle raffiche viene raccolta piuttosto tardi nel processo di progettazione, ossia durante costosi collaudi nella galleria del vento, quando le opzioni di progettazione sono già state delimitate», aggiunge la dott.ssa Gaitonde. Ciò rende difficile verificare rapidamente gli adattamenti nella progettazione di superfici aerodinamiche. Inoltre, sono poche le gallerie del vento in tutto il mondo in grado di riprodurre accuratamente le condizioni per un aeromobile a grandezza naturale in volo. Modelli di aeromobile più accurati prima del collaudo ridurranno la necessità di riprogettare nuovi modelli dopo le verifiche in galleria del vento. Ciò consente non solo di risparmiare tempo e denaro, ma anche di esplorare nuove configurazioni di progettazione, compreso l’uso di materiali diversi e più versatili. Difficili pratiche attuali La dinamica dei fluidi computazionale (CFD) consente il calcolo ad alte prestazioni per la progettazione aerospaziale moderna. Utilizzando l’analisi numerica e le strutture dati, essa genera modelli virtuali estremamente accurati che offrono una valutazione senza precedenti di ciò che accade realmente con il flusso d’aria intorno all’aeromobile. Tuttavia, la CFD è troppo costosa da utilizzare per tutte le simulazioni di raffiche necessarie. Finora, i ricercatori hanno creato modelli di raffiche con aeromobili usando metodi di instabilità lineare più semplici e dati di flusso sperimentali stabili. Il team di AEROGUST ha utilizzato dati CFD non stazionari per migliorare le simulazioni di raffica e modelli di ordine ridotto per ridurre il costo computazionale delle simulazioni dei carichi di raffica basate sulla CFD. L’inclusione di effetti strutturali e aerodinamici non lineari in tali modelli è un fattore abilitante per strutture flessibili e innovative. Le tecniche di simulazione avanzate sviluppate in AEROGUST dovrebbero contribuire a concepire nuovi progetti e configurazioni e creare aeromobili più ecocompatibili. Inoltre, dovrebbero ridurre la necessità di costosi collaudi in galleria del vento e consentire di risparmiare tempo e costi in fase di progettazione prima di costruire prototipi fisici. Ciò garantirà che l’industria aerospaziale europea rimanga competitiva in futuro. «Se potessimo prevedere con maggiore precisione l’impatto delle raffiche sulle turbine eoliche, le strutture potrebbero essere collocate in regioni più difficili, quali il Circolo Polare Artico e i tropici», conclude il dott. Dorian Jones, coordinatore scientifico congiunto di AEROGUST.

Parole chiave

AEROGUST, progettazione, raffica, aeromobile, galleria del vento, turbina eolica, dinamica dei fluidi computazionale (CFD), simulazione numerica, modelli a ordine ridotto, non lineare

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