Rompere il ghiaccio: progressi nella progettazione e nei rivestimenti antighiaccio delle parti posteriori degli aeromobili
L’accumulo di ghiaccio sulle strutture degli aeromobili comporta seri pericoli: aumenta il peso e la resistenza aerodinamica, riduce l’efficienza e compromette la sicurezza, soprattutto in situazioni di volo caratterizzate da condizioni climatiche fredde. Per risolvere questo problema, esiste una soluzione: sviluppare progettazioni resistenti al ghiaccio e tecnologie antighiaccio che siano in grado di migliorare il design complessivo dei velivoli, senza compromettere in alcun modo la sicurezza di volo. Concentrandosi su questa finalità, un consorzio costituito da dieci partner ha lavorato al progetto IMPACT(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE. Tra i fini perseguiti figuravano lo sviluppo di capacità di simulazione dell’accumulo di ghiaccio all’avanguardia, l’esplorazione di rivestimenti antighiaccio e l’ottimizzazione della forma della fusoliera posteriore e dell’impennaggio tenendo conto delle condizioni aerostrutturali, aeroelastiche e di formazione del ghiaccio, contribuendo in definitiva alla realizzazione del programma Large Passenger Aircraft di Clean Sky 2(si apre in una nuova finestra). «IMPACT ha raggiunto con successo un’ambiziosa serie di obiettivi scientifici e tecnici, rilevanti alla luce dello scopo di progettare estremità posteriori di aeromobili commerciali di prossima generazione altamente efficienti», afferma Michele De Gennaro, coordinatore del progetto IMPACT.
Calcolare l’accumulo di ghiaccio
Attraverso la simulazione della formazione di ghiaccio in 3D, il progetto ha sviluppato metodi e strumenti di livello industriale per calcolare in modo preciso l’accumulo di ghiaccio sugli impennaggi. Gli esperti sono riusciti a sviluppare un modello che aiuta a prevedere come le gocce liquide urtano la superficie aerodinamica e vi scorrono formando rivoli e trasformandosi in ghiaccio, prendendo in considerazione le complesse interazioni multifisiche esistenti e le proprietà antighiaccio della superficie stessa. Il progetto ha calcolato l’aerodinamica dell’accumulo di ghiaccio sulle superfici degli stabilizzatori orizzontali di velivoli passeggeri di grandi dimensioni, rendendo possibile l’integrazione di questo aspetto nel più ampio processo della loro progettazione. «Sono state sviluppate diverse innovazioni in termini di configurazione del meshing e della dinamica dei fluidi computazionale per consentire di affrontare l’accumulo di ghiaccio come parte integrante dell’ottimizzazione multi-obiettivo dell’aeromobile», spiega De Gennaro.
Innovazioni nelle soluzioni antighiaccio
IMPACT ha analizzato un’ampia gamma di rivestimenti antighiaccio disponibili sul mercato, compresi alcuni tuttora in fase di ricerca e sviluppo, con l’obiettivo di verificarne le prestazioni e la durata, nonché di raccogliere informazioni sulle relative proprietà antighiaccio e antierosione. Una selezione delle migliori tecnologie è stata testata in una grande galleria del vento climatica all’avanguardia situata a Vienna, in Austria, su bordi d’attacco rettilinei e ondulati di una sezione modello del profilo aerodinamico. Grazie allo svolgimento di questi test è stato possibile creare il più avanzato e completo database sui rivestimenti mai prodotto(si apre in una nuova finestra), facendo luce sulle prestazioni della tecnologia di rivestimento per applicazioni di parti posteriori dei velivoli e istituendo un punto di riferimento per la convalida dei codici di accumulo del ghiaccio 3D. «Inoltre, è stato svolto un lavoro innovativo per quanto concerne l’implementazione di modelli fisici di basso livello della formazione di ghiaccio che terranno conto delle reali proprietà fisiche delle superfici nelle simulazioni di ghiacciamento, un problema di grande rilevanza industriale», afferma De Gennaro. Nella foto qui sopra è possibile osservare l’effetto di una riduzione dell’accumulo di ghiaccio grazie all’applicazione di un rivestimento idrofobico sul bordo d’attacco di un’ala rettilinea.
Ottimizzazione aerodinamica e aerostrutturale
Per rendere più leggeri la parte posteriore della fusoliera e l’impennaggio, IMPACT ha elaborato un concetto innovativo basato su un piano di coda orizzontale inclinato in avanti, che ha permesso di realizzare un’architettura della parte posteriore ottimizzata dotata delle stesse prestazioni aerodinamiche della progettazione di base, ma in grado di offrire una riduzione del 5% della superficie del piano di coda e resistenza al ghiaccio. Questo risultato è stato ottenuto grazie all’aggiunta di un dispositivo di estensione del bordo d’attacco, creato appositamente pensando all’integrazione con un piano di coda inclinato in avanti. Utilizzando tecniche avanzate, il team ha ottimizzato ulteriormente la struttura del piano di coda, svelando il potenziale esistente per un’ulteriore riduzione di peso del 6% a livello dello stesso, che sommata alla precedente porterebbe la diminuzione di peso totale al 10%. «Ciò, a sua volta, determinerebbe un risparmio di carburante pari all’1% a livello di aeromobile rispetto a un aeromobile passeggeri d’ultima generazione di riferimento del 2020, come l’Airbus A320neo», aggiunge De Gennaro. Il lavoro svolto da IMPACT fa avanzare le metodologie necessarie all’industria aeronautica e, con ogni probabilità, continuerà a consolidare i risultati raggiunti.
