Prevenire la pericolosa formazione di ghiaccio sui velivoli
Ghiaccio e aerei sono una miscela pericolosa. L’accumulo di ghiaccio sugli aeromobili rappresenta un grave problema: persino uno strato appena visibile di ghiaccio è in grado di limitare gravemente il funzionamento di attrezzature vitali quali ad esempio ali, eliche, parabrezza, antenne e ventole. Il ghiaccio si forma mentre grandi goccioline fredde si posano e si congelano a contatto con la superficie ghiacciata dell’aeroplano. Dati dell’aviazione suggeriscono che la formazione di ghiaccio sia stata responsabile del 35 % degli incidenti aerei connessi alle condizioni meteorologiche (la causa principale) e di circa un quinto di tutte le morti connesse alle condizioni meteorologiche nel secolo scorso (la seconda causa principale dopo la turbolenza). «La formazione di ghiaccio aumenta anche il consumo di carburante dell’aereo, incrementando peso e resistenza aerodinamica, riducendo al contempo spinta e portanza», spiega la professoressa Jolanta Sapieha del Polytechnique Montreal, a capo del team responsabile per lo sviluppo del rivestimento. Questo significa che qualsiasi soluzione al problema sarà anche rispettosa dell’ambiente, ed eliminerà i costi delle frequenti procedure di sghiacciamento effettuate a terra. Nel 2016, un consorzio internazionale di esperti provenienti da tutta Europa e dal Canada ha creato il progetto PHOBIC2ICE, accettando l’ambiziosa sfida di sviluppare e testare tecnologie per prevenire e ridurre la formazione di ghiaccio sugli aeromobili. Creare un antigelo Il team ha sviluppato diversi tipi di rivestimenti polimerici, metallici e ibridi progettati per contrastare la formazione di ghiaccio. Questi rivestimenti ghiaccio-fobici si sono concentrati su cinque materiali: alluminio aeronautico e leghe di titanio, acciaio inossidabile, composito carbonio-epossidi e poliammide. La ricerca è stata suddivisa in tre categorie: ricerca di base che include test su topografia e adesione della superficie del materiale, prove avanzate sulle condizioni in cui si forma il ghiaccio e test pratici sulla durata dei nuovi rivestimenti in considerazione di effetti naturali quali corrosione ed esposizione agli UV. «I rivestimenti più efficaci lavoravano per respingere il maggior numero possibile di goccioline d’acqua prima del congelamento (superidrofobicità), o riducendo l’adesività del ghiaccio già formato alla superficie», dice il dott. Elmar Bonaccurso, della Airbus in Germania, PHOBIC2ICE a capo del team responsabile per lo sviluppo di requisiti industriali (casi d’uso) e protocolli di collaudo. «Specifici trattamenti e rivestimenti sono in grado di impedire che le gocce d’acqua si congelino, riducendo l’adesione dell’acqua e rallentando la nucleazione del ghiaccio, in modo che le gocce d’acqua possano essere eliminate dalla sola forza del flusso d’aria», afferma Antonio Miraglia, direttore R&S presso DEMA Aeronautics a Montreal, responsabile della modellizzazione dell’impatto delle goccioline nel progetto PHOBIC2ICE. Testare il valore Test su larga scala nella galleria del vento e in volo sono stati effettuati rispettivamente in Canada e Spagna, per sondare e sviluppare le soluzioni proposte. I risultati sono stati abbinati a simulazioni avanzate mediante modellizzazione al computer, effettuate su tre scale: il livello delle interazioni tra atomi, la scala micrometrica e quella macro. I modelli sono stati usati per simulare il comportamento dei flussi delle goccioline d’acqua sui profili dell’ala su tre scale, ossia a livello delle interazioni tra singoli atomi, sulla scala micrometrica e sulla scala macro (porzioni più ampie della superficie). Le nuove progettazioni della superficie hanno presentato vantaggi aggiuntivi oltre alla repellenza del ghiaccio: diversi rivestimenti o tecniche di modifica della superficie hanno superato nelle prestazioni i metalli non rivestiti in resistenza alla pioggia ed erosione da sabbia, corrosione e sostanze chimiche usate per la manutenzione degli aeromobili. I rivestimenti sono stati creati pensando agli aerei esistenti, oltre che a possibili modelli futuri. «Tutte le tecniche di modifica della superficie sono state progettate in modo da essere compatibili con i componenti esistenti, così da poter essere applicate agli aerei attuali o integrate direttamente nella progettazione di quelli nuovi», dice la prof.ssa Sapieha. Uno sforzo di squadra coronato da successo Il team di ricerca intercontinentale era formato da nove partner, e tutti i membri hanno detto quanto sia stato vantaggioso e gradevole lavorare come un team, sfruttando le rispettive competenze. «Abbiamo dimostrato che pazienza e rispetto portano a una collaborazione e a rapporti basati sulla fiducia», dice Leo Turno da Varsavia, Polonia, coordinatore del progetto PHOBIC2ICE. «Vale anche la pena menzionare che la presenza di persone molto impegnate provenienti dal settore industriale rende l’intero progetto molto più semplice da gestire, visto che tutti gli scienziati si sentono molto più motivati a spingere le loro capacità oltre i loro limiti consueti». Il professor Ali Dolatabadi della Concordia University a Montreal, a capo del pacchetto di lavoro responsabile per la modellizzazione e lo sviluppo del rivestimento e co-coordinatore per i partner canadesi, aggiunge: «Si è trattato del progetto più piacevole al quale abbia avuto il piacere di lavorare nel corso degli ultimi 15 anni».
Parole chiave
PHOBIC2ICE, ghiaccio, aerei, accumulo, formazione, innovazione, prevenzione, progettazione, consumo di carburante, aviazione, rivestimenti
