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Flusso laminare a resistenza ridotta grazie a piccoli fori sulla struttura alare in titanio composito di velivoli ibridi

Le ali degli aeromobili a flusso laminare superano i modelli tradizionali in termini di rapporto portanza/resistenza, una misura dell’efficienza aerodinamica. I progettisti di aeromobili possono avvicinarsi a prestazioni ottimali grazie ai modelli a flusso laminare, dove un sottile strato di titanio aderente con piccoli fori aiuta a stabilizzare il flusso d’aria e a ridurre ulteriormente la resistenza aerodinamica.

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Il flusso laminare è il Santo Graal della progettazione delle ali, perché riduce la resistenza aerodinamica e aiuta gli ingegneri aeronautici a ridurre l’impatto ambientale dell’aviazione. In questa condizione, l’aria che entra in contatto con l’ala si dispone in strati paralleli che scorrono uno sopra l’altro come sottili carte da gioco. Mantenere il flusso laminare su tutta la superficie di un’ala o di una coda è difficile. Il minimo difetto di fabbricazione, uno spigolo vivo o anche l’impatto di un uccello sulla superficie dell’aereo è sufficiente per interrompere il flusso regolare e aumentare la resistenza aerodinamica. L’aria comincia a vorticare violentemente in un groviglio di minuscoli vortici che finiscono per aumentare la resistenza e ridurre l’efficienza.

Ali composte di nuova concezione per un volo più efficiente

«Il futuro del trasporto aereo sostenibile si basa sul ricorso a nuovi e più efficienti velivoli che consumano meno carburante. I miglioramenti nella progettazione delle ali hanno il potenziale per migliorare l’efficienza e ridurre l’inquinamento. La tecnologia di controllo del flusso laminare ibrido, che modifica la pressione dell’aria sul bordo d’attacco dell’ala, può migliorare notevolmente l’efficienza aerodinamica e ridurre la resistenza dell’ala», osserva Wouter van den Brink, coordinatore del progetto TICOAJO, finanziato dall’UE. La tecnologia di controllo del flusso laminare ibrido è una tecnica con la quale parte del flusso d’aria turbolenta intorno all’aereo viene aspirata attraverso micro fori sulla sua superficie. Questi piccoli fori rimuovono continuamente lo strato limite in cui si sviluppa la turbolenza e creano un flusso aerodinamico più stabile. Il progetto TICOAJO ha compiuto notevoli progressi nella tecnologia di controllo del flusso laminare ibrido, studiando la connessione tra il sottile foglio di titanio interamente perforato con una miriade di fori microscopici e parte dell’ala dell’aereo in composito. «Le superfici in titanio perforate sono sottili piastre metalliche che coprono il bordo d’attacco dell’ala e contengono minuscoli fori (circa 0,1 mm di diametro) che modificano il flusso d’aria sopra l’ala», spiega van den Brink.

Creare un forte legame tra materiali diversi

Il progetto ha testato come le diverse formulazioni adesive siano in grado di mantenere la loro forza quando si incolla il materiale composito e il titanio, per evitare che i due materiali si separino durante il volo. «Cosa succede quando un uccello colpisce l’ala, o come sarà la struttura dell’ala dopo 20 anni di volo?» si domanda van den Brink. I ricercatori hanno tentato di affrontare queste sfide conducendo analisi statiche, dinamiche e di fatica sul pannello dimostrativo per le ali a flusso laminare di nuova concezione. Oltre a testare le formulazioni e le tecniche adesive corrette, il team del progetto ha applicato al dimostratore anche tecniche avanzate di pretrattamento. Tra queste vi è la sabbiatura con graniglia, un processo di trattamento per modificare le proprietà superficiali, in cui le particelle abrasive vengono scagliate attraverso un ugello con l’uso di aria compressa. Un’altra è la pulizia UV all’ozono, estremamente efficace nella rimozione di una varietà di contaminanti dalle superfici. Il progetto tiene celati molti dettagli ma, secondo il coordinatore del progetto, le nuove combinazioni di soluzioni adesive e di pretrattamento superano lo stato dell’arte.

Parole chiave

TICOAJO, ali di aeromobili, composito, resistenza, adesivo, minuscoli fori, controllo del flusso laminare ibrido, trattamento delle superfici, sabbiatura, micro fori, flusso d’aria

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