Un nuovo ipersostentatore alare per migliorare le prestazioni di volo degli aeromobili
La prossima volta che starete volando su un aereo, date un’occhiata fuori dal finestrino. Un importante concetto nell’aerodinamica di successo è quello del flusso laminare, ovvero la modalità con cui l’aria scorre al di sopra e al di sotto dell’ala. Questo flusso è determinato dall’attrito dell’aria sull’ala, una forza che i progettatori di aeroplani vogliono ridurre il più possibile. Non solo questa resistenza ostacola le prestazioni di volo, ma fa anche crescere le emissioni di carbonio. Nell’ambito del progetto SWING, finanziato dall’UE, un consorzio ha sviluppato una soluzione innovativa, creando un nuovo ipersostentatore (o flap) da posizionare sulla parte anteriore dell’ala che offre un maggior controllo del flusso laminare. «L’obiettivo del progetto consisteva nel convalidare la sua fattibilità industriale, ovvero la producibilità, e abbiamo raggiunto il livello di maturità tecnologica richiesta per tale scopo», afferma Christophe Cornu, coordinatore del progetto SWING e responsabile dei progetti di ricerca presso Cetim Nantes. Oltre a concepire il nuovo ipersostentatore alare, il progetto SWING ha anche sviluppato un modo più efficiente per la fabbricazione di queste parti che ricorre a un avanzato processo basato su una procedura termoplastica.
Deviare gli insetti per migliorare il flusso laminare
L’ipersostentatore alare, noto anche come flap di Krueger, offre un controllo più elevato del flusso laminare, riduce il peso dell’ala ed è inoltre riciclabile, il che apporta ulteriori benefici per l’industria aerospaziale. Il flap di Krueger funge da «deflettore» quando si trova in posizione estesa, deviando lontano dall’ala gli insetti che potrebbero compromettere il flusso laminare. Si prevede che la complessa geometria dell’ipersostentatore, ottenuta mediante la saldatura laser di un sottile nastro preimpregnato termoplastico in materiale composito, ridurrà la quantità di operazioni necessarie, e quindi anche i costi, per la futura fabbricazione di parti composite in confronto alle soluzioni industriali attualmente disponibili. L’affidabilità del processo rappresenterà un fattore chiave per la riduzione dei costi legati alla produzione di parti composite nel futuro. Questo processo di successo, sviluppato nell’ambito del progetto SWING, prevede la velocizzazione della procedura di posa delle materie prime e la diminuzione delle perdite associate.
Un processo termoplastico per la creazione dell’ala
Uno dei principali sviluppi compiuti dal progetto è stata l’implementazione del processo termoplastico per la produzione del flap di Krueger. «Il principale vantaggio offerto dai materiali polimerici termoplastici in confronto a quelli di altro tipo riguarda la loro riciclabilità», spiega Cornu. «La lavorazione dei materiali termoplastici richiede inoltre una minore quantità di operazioni aggiuntive, per cui è possibile che i costi associati possano ridursi in futuro, una volta raggiunta la fase di pieno sviluppo della tecnologia.» Per la creazione dei polimeri termoplastici destinati allo sviluppo del flap di Krueger, il team si è avvalso di un dispositivo robotico con una testina laser per saldare la parte in situ. In tal modo è stato possibile evitare processi aggiuntivi, offrendo inoltre una maggiore affidabilità e una ripetibilità più elevata, il che migliora la qualità complessiva della parte prodotta.
Migliorare la qualità tecnologica
Ora che la parte ha raggiunto il livello di maturità tecnologica 4 (TRL 4), la progettazione dell’ala e il processo termoplastico saranno sottoposti a test funzionali sul campo. «Analizzando le interfacce del flap di Krueger con l’ala, si effettuerà un’analisi della cinematica di tale ipersostentatore», aggiunge Cornu. Nel corso dei prossimi anni, questo processo porterà alla convalida del prodotto in laboratorio. Secondo quanto osservato dal ricercatore, l’aspetto più importante è stato costituito dall’individuazione della strategia di fabbricazione più appropriata per la parte. Ciò ha incluso lo sviluppo delle parti in modalità separata affinché i vari componenti costituissero una struttura resistente ai necessari vincoli meccanici e formassero un insieme complessivo «sviluppabile», in modo tale che il materiale potesse essere assemblato nel corso della fase operativa di saldatura laser compiuta dal robot. «I materiali e i processi stanno progredendo rapidamente, il che consentirà al pianeta di usufruire di un maggior numero di soluzioni invidiabili», conclude Cornu.
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