Eliminare le turbolenze attraverso il controllo attivo
Il flusso intorno agli aeromobili viene definito matematicamente da tre componenti composti da un flusso medio, da un componente dinamico ma periodico e da un componente di turbolenza aleatorio per il quale vengono definiti gli sforzi di Reynolds. La maggior parte del lavoro incentrato sul contenimento delle turbolenze con l’obiettivo di ridurre l’attrito superficiale è stata rivolta alle modifiche del flusso medio che provocano cambiamenti negli sforzi di Reynolds. Ricercatori cinesi ed europei hanno avviato il progetto MARS (“Manipulation of Reynolds stress for separation control and drag reduction”), finanziato dall’UE, per affrontare il problema con un approccio diverso, ovvero basato sugli effetti del controllo attivo del flusso sul componente periodico. Questo metodo del tutto nuovo ha consentito agli esperti di dimostrare la capacità di controllare le singole strutture dinamiche su una più ampia scala e con una frequenza minore rispetto allo shear layer turbolento. Le prestazioni dei dispositivi di controllo, quali attuatori al plasma e superfici di oscillazione sulle strutture dinamiche che influenzano gli sforzi di Reynolds, sono state esplorate durante le prove nella galleria del vento. Anche la simulazione DES (“detached eddy simulation”) e i modelli delle equazioni di Navier-Stokes mediate alla Reynolds hanno fornito spunti importanti relativi ai parametri dei flussi critici. La conduzione congiunta di analisi sperimentali e di simulazioni numeriche ha fornito dati preziosi per l’estrazione di informazioni utili sui flussi. In condizioni specifiche, sono stati raggiunti flussi incostanti ed è stata analizzata l’influenza del componente periodico sugli sforzi di Reynolds dovuti alle turbolenze. I risultati ottenuti hanno consentito ai ricercatori di MARS di comprendere meglio gli effetti del controllo di flusso su questo fenomeno. Questi fattori sono i maggiori responsabili dei trasferimenti di quantità di moto nei flussi turbolenti legati alle pareti e svolgono un ruolo determinante sul piano dell’attrito superficiale. I ricercatori di MARS hanno inoltre identificato dispositivi pronti a integrare nuovi sviluppi allo scopo di ridurre in modo determinante l’attrito superficiale e, di conseguenza, i livelli di resistenza che limitano il movimento degli aeromobili in condizioni di volo reali. La prossima generazione di dispositivi di controllo attivo del flusso potrebbe garantire trasporti aerei più efficaci caratterizzati da un minor livello di emissioni di gas dannosi nell’ambiente.
Parole chiave
Turbolenza, controllo del flusso, prestazioni aerodinamiche, sforzo di Reynolds, riduzione della resistenza
