Flusso laminare naturale per aerei efficienti in termini di consumo di carburante
La turbolenza può risultare stressante la prima volta che la si affronta, ma solitamente non comporta conseguenze di rilievo. Ciò che è meno noto, tuttavia, è che strutture alari migliori sono in grado di ridurre gli incidenti e, pertanto, di diminuire l’impatto della turbolenza sul consumo di carburante. Questo è il principio del profilo alare a flusso laminare: l’aria segue un percorso agevole e regolare attorno alle ali dell’aereo, con una conseguente minima resistenza aerodinamica. Come spiega il dott. Peter Kortbeek, responsabile dell’ufficio tecnico presso Fokker Technologies: «La resistenza aerodinamica, nel caso del flusso laminare, è quasi proporzionale alla velocità dell’aereo alla potenza di 1,5, mentre la resistenza aerodinamica del flusso turbolento è quasi proporzionale al quadrato di questa velocità alla potenza di 1,8, un valore sostanzialmente più elevato». Esiste un problema importante: nessun produttore di aeromobili è finora stato in grado di ottenere un flusso laminare naturale (NLF, natural laminar flow) per l’intero profilo alare. Per riuscirci è necessario progettare e fabbricare un profilo alare perfetto, con una superficie liscia priva di scatti, lacune e ondulazioni in tutte le condizioni di volo, un obiettivo più facile a dirsi che a farsi. L’unica alternativa esistente è data dal flusso laminare ibrido (HLF, hybrid laminar flow), che tuttavia richiede sistemi dotati di numerosi piccoli buchi nel profilo alare e di una pompa che aspiri aria dallo strato limite, evitando la transizione verso la turbolenza. Il problema è che tali sistemi sono spesso complessi, costosi e tendono a influenzare negativamente il peso. Attraverso il progetto ALFA, il dott. Kortbeek e un team della GKN Fokker, insieme al Royal Netherlands Aerospace Centre (NLR), miravano a sviluppare, progettare e produrre un dimostratore in scala reale di un aeronautica (piano orizzontale di coda) a flusso laminare naturale caratterizzato da una qualità superficiale superiore. Più che una prova di concetto, essi volevano rendere la propria tecnologia competitiva in termini di peso, costi e tempi di produzione, manutenibilità e riparabilità. Raggiungere tale scopo non è semplice. Forse la maggior sfida consiste nel progettare e fabbricare il piano orizzontale di coda soddisfacendo al contempo i requisiti relativi a scatti, lacune e ondulazioni in condizioni di carico realistiche. Il team sta attualmente cercando modi per ridurre il passaggio tra il bordo di attacco e il corpo centrale della coda. «Gli scatti sono solitamente originati dagli elementi di fissaggio, che collegano un rivestimento alla struttura scatolata. Eliminare gli elementi di fissaggio tramite co-incollaggio o saldatura è una delle opzioni a disposizione per superare questo problema. Un’altra soluzione potrebbe essere rappresentata dal nascondere questi elementi», spiega il dott. Kortbeek. «Analogamente, le ondulazioni dipendono dalla progettazione e dai processi di assemblaggio della produzione, ma anche dal carico in condizioni di volo. Soddisfare i requisiti del NFL richiede molte competenze tecniche, supportate dallo svolgimento di varie simulazioni». Ora, tre anni dopo il lancio del progetto e un anno prima della sua conclusione, il dott. Kortbeek è già fiducioso del fatto che gli obiettivi prefissati verranno raggiunti. «Il risultato più importante del progetto sarà un dimostratore su scala reale che soddisfa tutti i requisiti del NFL e, soprattutto, il fatto che questa tecnologia sarà pronta per essere applicata sulle future piattaforme di aeromobili». Prevediamo che la tecnologia NFL volerà entro i prossimi cinque anni da adesso», afferma il dott. Kortbeek. Il dimostratore sarà completato alla fine del 2020. La sua commercializzazione è già in fase di discussione con un costruttore di apparecchiature originali (OEM, original equipment manufacturer). Ci si aspetta che gli stabilizzatori orizzontali a flusso laminare naturale riducano il consumo di combustibile degli aeromobili di circa l’1 %, mentre le ali a flusso laminare naturale hanno il potenziale di risparmiarne il 5 % o anche di più. Questi risparmi, che possono sembrare modesti a prima vista, sono in realtà significativi se si considera il consumo totale di combustibile effettuato da un velivolo.
Parole chiave
ALFA, aeromobile, flusso laminare, turbolenza, flusso turbolento, resistenza aerodinamica
