Strumenti di diagnostica a flusso per un trasporto aereo verde
Nell’ambito della Visione 2020, il Consiglio consultivo per la ricerca aeronautica in Europa (ACARE) ha definito ambiziosi obiettivi tesi alla riduzione delle emissioni e del livello di rumore percepito che impongono importanti miglioramenti nel settore dell’aerodinamica e della progettazione di sistemi di propulsione per aeromobili. Ciò richiede a sua volta strumenti di verifica avanzati per i fenomeni di flussi che si basano su processi complessi, tra cui la combustione e l’aeroacustica. Gli scienziati hanno avviato il progetto AFDAR (“Advanced flow diagnostics for aeronautical research”), finanziato dall’UE, allo scopo di sviluppare e di valutare strumenti di diagnostica a flusso finalizzati allo sviluppo del settore aerospaziale. L’iniziativa ha dato un enorme contributo all’elaborazione di tecniche di misurazione non intrusive e basate sulle immagini per la creazione degli aeromobili del futuro e la relativa caratterizzazione nella galleria del vento. In particolare, il team del progetto si è concentrato sulla velocimetria a immagini di particelle (PIV) per misurare il campo di flusso attorno alle ali dei velivoli e ottenere una più profonda comprensione delle sfide nell’aerodinamica. Il gruppo ha lavorato per ottenere misurazioni volumetriche tridimensionali (3D) su ali e superfici aerodinamiche, oltre a misurazioni precise e analisi aerodinamiche molto più rapidamente rispetto a prima con sistemi di misurazione kilohertz. Il team del progetto ha inoltre approfondito la comprensione della fisica della turbolenza nell’aerodinamica a ordini di grandezza a risoluzione notevolmente più elevati utilizzando micro-PIV a lungo termine. Oltre a migliorare la progettazione di velivoli e sistemi di propulsione, le nuove tecnologie hanno aiutato i ricercatori a stabilire le emissioni di rumore e ottimizzare i processi di combustione per abbassare le emissioni di carbonio. Gli scienziati hanno condotto analisi ad alta risoluzione dei flussi sul profilo aerodinamico dell’angolo di freccia sottoposti a separazione e transizione laminare, cascate di turbine transoniche e combustori a emissioni di ossido di azoto ultra-ridotte, garantendo inoltre il progresso della diagnostica a flusso per gli aspetti correlati all’aerodinamica e all’aeroacustica delle ali con dispositivi ad alta portanza. Gli esperimenti condotti sui flussi ad alta portanza intorno a una configurazione aerodinamica a tre elementi dovrebbero fungere da riferimento nell’ambito del miglioramento delle simulazioni basate sulla dinamica computazionale dei fluidi per i sistemi ad alta portanza. I metodi sperimentali adottati nell’ambito dell’iniziativa AFDAR sono stati incentrati su una combinazione tra analisi dei flussi e mappatura delle specie termiche e chimiche che rappresentano risorse fondamentali ai fini della comprensione e dell’ottimizzazione del processo di combustione. L’adozione di tecniche PIV avanzate per le ali e la conduzione di analisi aeroacustiche per le turbomacchine hanno condotto alla creazione di utili banche dati sperimentali che aiuteranno i progettisti a potenziare l’efficienza e a ridurre le sorgenti di rumore aerodinamico. I lavori progettuali contribuiranno al progresso dei trasporti aerei del futuro, apportando numerosi vantaggi, come velivoli più veloci, più sicuri e più ecologici e preferibilmente meno costosi da produrre.
Parole chiave
Strumenti di diagnostica a flusso, trasporto aereo, propulsione, aeronautico, velocimetria a immagini di particelle
