Comprendere la risposta ai carichi dinamici da parte delle ali che trasportano carburante dei moderni aerei di linea
Le ali dei grandi aerei passeggeri sono strutture altamente flessibili che possono deformarsi notevolmente in varie situazioni, ad esempio quando il velivolo incontra turbolenze atmosferiche o raffiche di vento. La maggior parte di esse contiene inoltre serbatoi di carburante, nei quali ne viene trasportata una quantità il cui peso è paragonabile a quello dei componenti strutturali delle ali stesse. Le pratiche ingegneristiche convenzionali per la progettazione delle ali non prendono in considerazione l’effetto esercitato dal movimento del carburante, o agitazione (sloshing in inglese), sui carichi progettuali di un velivolo, ossia in questo caso la massima deformazione possibile a cui un’ala può resistere in base alla sua progettazione. «Ciò, in gran parte, è dovuto a una carenza in termini di maturità tecnologica degli strumenti attualmente a disposizione dell’industria», afferma Francesco Gambioli, esperto di carichi e aeroelasticità presso Airbus. Con il sostegno del progetto SLOWD, finanziato dall’UE, Gambioli sta coordinando uno sforzo a livello industriale per approfondire il movimento antiagitazione combustibile come mezzo per ridurre i carichi progettuali sulle strutture degli aeromobili. Il progetto ha incentrato la propria ricerca sulle ali dei grandi aerei civili per il trasporto di passeggeri, progettate per resistere ai carichi derivanti dalle raffiche atmosferiche e dalle turbolenze, nonché agli impatti in fase di atterraggio.
Configurazioni sperimentali e innovativi strumenti numerici e analitici
L’obiettivo principale del progetto era quello di quantificare la misura in cui l’agitazione dei liquidi nei serbatoi aeronautici influisce sul comportamento dinamico strutturale di un aereo di linea. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno sviluppato alcune configurazioni sperimentali integrate da strumenti numerici e analitici innovativi. «Il fatto che questo tema di ricerca non sia stato affrontato in passato ha rappresentato una grande sfida, ma l’insieme delle abilità e competenze possedute dai membri del consorzio è stata davvero incredibile», aggiunge Gambioli. «Questo congiunto di capacità ha consentito di applicare in modo innovativo metodi consolidati e di sviluppare tecniche radicalmente nuove per la comprensione e la modellizzazione del complesso comportamento fisico dell’agitazione del carburante nelle ali degli aerei.»
Migliorare la comprensione del comportamento dinamico delle ali
Tra questi metodi e applicazioni figuravano tecniche numeriche all’avanguardia che hanno agevolato la progettazione della campagna sperimentale. I metodi sono stati successivamente utilizzati per costruire un sofisticato gemello digitale della configurazione alare. Il progetto ha inoltre sviluppato e valutato diversi modelli analitici e di ordine ridotto per semplificare i complessi schemi numerici, molti dei quali possono essere integrati in modo ottimale in un quadro di progettazione olistico. «Questi strumenti ci hanno permesso di esplorare il comportamento dinamico da parte delle ali che trasportano carburante dei moderni aerei di linea, operazione grazie alla quale abbiamo scoperto le modalità con cui rispondono ai carichi dinamici», spiega Gambioli.
Applicabilità alla progettazione di aeromobili reali
I risultati di questa ricerca includono un database completo di misurazioni, che funge da punto di riferimento per i metodi numerici e analitici del progetto. SLOWD ha inoltre prodotto più di 100 articoli, molti dei quali sono stati pubblicati su prestigiose riviste sottoposte a revisione paritaria. Secondo Gambioli, i risultati della ricerca in termini di quantità e qualità parlano da sé. «Il nostro lavoro non si limita al mondo accademico ma, grazie al coinvolgimento dei partner industriali del progetto, risulta applicabile alla progettazione di velivoli reali», conclude. Il team di SLOWD si sta ora preparando a lanciare un test in scala reale delle sue soluzioni avvalendosi di un prototipo di struttura alare.
Parole chiave
SLOWD, aereo di linea, ali, carburante, movimento antiagitazione combustibile, agitazione, aeromobile, ali del velivolo, progettazione dell’aereo, carichi progettuali, Airbus, gemello digitale
