Una tecnologia rivoluzionaria aiuta gli aeromobili a raggiungere gli obiettivi di riduzione del rumore
Il progetto AERIALIST, finanziato dall’UE, ha identificato e sviluppato tecnologie rivoluzionarie basate sui metamateriali per raggiungere gli obiettivi di riduzione del rumore delineati nella strategia Flightpath 2050 di ACARE, la visione dell’Europa per l’aviazione. I metamateriali possono essere definiti come materiali ingegnerizzati per ottenere una risposta non disponibile in natura e sono tipicamente caratterizzati da una struttura ricorrente su scala macro o micro. I membri del consorzio si sono basati sull’attuale teoria dei metamateriali acustici studiando l’effetto di flussi aerodinamici realistici per sviluppare metodi numerici che simulano il comportamento dei metamateriali acustici in condizioni operative di aeromobili. AERIALIST ha inoltre valutato la fattibilità tecnica dei dispositivi antirumore sulla base dei concetti sviluppati, proponendo un piano d’azione in vista della loro concreta realizzazione.
Sviluppato un nuovo strumento di progettazione
I partner del progetto si sono concentrati sulla riduzione del rumore che si propaga all’esterno degli alloggiamenti delle turboventole (carlinghe), sfruttando le proprietà non convenzionali dei metamateriali acustici per modificare i modelli di diffusione del rumore. «Sono state approfondite le tecniche di annullamento della dispersione, iper-focalizzazione e intrappolamento del rumore per ottenere la riduzione virtuale degli assorbimenti, un trattamento adeguato dei condotti di deflusso e il miglioramento degli effetti di schermatura», commenta Umberto Iemma, coordinatore del progetto. Questo approccio ha combinato modellizzazione teorica, sviluppo di metodi numerici, progettazione, produzione additiva e convalida sperimentale in una toolchain di progettazione integrata. «Lo sviluppo di questo strumento di progettazione è stato applicato con successo ai meta-comportamenti target identificati come rilevanti per la mitigazione del rumore degli aeromobili», spiega Iemma. I ricercatori hanno sviluppato una teoria per la modellizzazione dei metamateriali nel contesto aeroacustico che può essere completamente integrata negli strumenti e nei metodi utilizzati nella ricerca aeroacustica e nella comunità industriale. Aeroacustics implica la generazione di rumore attraverso il movimento del fluido turbolento o le forze aerodinamiche che interagiscono con le superfici. Sono stati quindi utilizzati processi di produzione additiva all’avanguardia per realizzare un oggetto 3D dal modello 3D digitale e collegare l’attività di modellizzazione con i campioni sperimentali. Sono stati poi condotti esperimenti in galleria del vento per valutare i concetti sviluppati e convalidare le metodologie di simulazione.
Applicazioni in più settori
Le nuove tecnologie sviluppate, inclusi nuovi modelli teorici e tecniche di analisi, sono in grado di imitare la risposta acustica di un mezzo in movimento e il metodo di identificazione inversa. «Aspetti innovativi sono stati introdotti anche nello sviluppo dei modelli numerici, che tengono conto della convezione non uniforme e dei modelli di ordine ridotto per includere le perdite visco-termiche nella progettazione di strutture periodiche multicella», osserva Iemma. «Inoltre, l’applicazione di tecniche di ottimizzazione all’avanguardia nella progettazione di metasuperfici orientate alla riflessione ha notevolmente ampliato la gamma di frequenze effettive». La toolchain di progettazione dei metamateriali contribuirà alla futura integrazione nel processo di progettazione industriale, a vantaggio sia degli istituti di ricerca che dell’industria. I concetti identificati e valutati in AERIALIST fino al livello di maturità tecnologica (TRL) 3 sono pronti per essere migliorati e ulteriormente sviluppati per TRL di rilevanza industriale. Parte di questa attività sarà svolta dal progetto ARTEM, finanziato dall’UE. AERIALIST ha quindi sviluppato con successo un approccio per sfruttare le potenzialità dei metamateriali acustici in aeronautica e per tutte quelle applicazioni ingegneristiche dove un disturbo acustico prodotto da sorgenti in movimento si propaga in un mezzo anch’esso in movimento. «Pertanto, i risultati del progetto possono essere facilmente applicati anche ai settori automobilistico, ferroviario e navale», sottolinea Iemma.
Parole chiave
AERIALIST, progettazione, rumore, metamateriali, aeromobili, aeroacustica, aviazione, modellizzazione, toolchain
