Le nuove tecniche di laboratorio rendono gli aeromobili più silenziosi
Il rumore degli aeromobili può rappresentare un grave problema ambientale: in particolare, condiziona le persone che vivono in prossimità degli aeroporti. Uno dei principali effetti è il disturbo del sonno, che conduce a numerosi problemi di salute, in particolare di natura cardiovascolare. Le persone affette da privazione del sonno possono riscontrare difficoltà nella concentrazione e, nel caso di studenti, ciò può condurre a problemi e svantaggi nell’apprendimento. Nonostante alcuni aeroporti impongano coprifuochi, l’intervallo giornaliero di limitazione è molto breve. Il rumore può essere motivo di stress e causare problemi di salute anche durante il giorno. Inoltre, il problema sta peggiorando, con un aumento annuo del traffico aereo del 4,3 %. Nonostante si preveda un incremento della domanda fino ad almeno il 2038, le preoccupazioni relative all’inquinamento acustico minacciano questa espansione. Pertanto, sebbene i velivoli odierni siano meno rumorosi del 75 % rispetto a 30 anni fa, il settore necessità di jet ancora più silenziosi. Perciò, l’UE ha creato linee guida che devono essere soddisfatte entro il 2050.
Nuove tecniche e modelli
Il progetto IMAGE, finanziato dall’UE, ha esaminato i metodi per raggiungere tale riduzione. In primo luogo, i ricercatori hanno sviluppato nuovi metodi sperimentali e computazionali. Attraverso essi, il team ha studiato la fisica fondamentale dei due principali tipi di rumore di un aeromobile. Il rumore del motore è maggiore durante il decollo, mentre il rumore a livello di cellula si verifica per lo più in fase di atterraggio (a causa della turbolenza creata dagli ipersostentatori alari che sporgono e dai carrelli di atterraggio). Il team ha inoltre verificato possibili meccanismi e strategie di controllo del rumore, concentrandosi su tre tecnologie per gli aeromobili. Il progetto ha quindi sviluppato la maturità delle tecnologie. IMAGE è parte di un più ampio programma dell’UE che riguarda progetti di cooperazione con partner cinesi nel settore aeronautico. Il progetto ha ottenuto sei risultati principali. Innanzitutto, sono state migliorate le tecniche di misurazione del rumore acustico. Uno di questi metodi riguarda i rivestimenti acustici, in questo caso coperture porose per i condotti delle ventole del motore. I miglioramenti ai metodi computazionali hanno compreso modelli matematici per lo studio di dinamica dei fluidi e aeroacustica. «Questi metodi possono sostenere una progettazione e una diagnosi dei problemi di tipo aerodinamico e aeroacustico a livello industriale», afferma il coordinatore del progetto, Shia-Hui Peng.
Progettazioni migliori
I ricercatori hanno applicato tecniche di misurazione e metodi computazionali nuovi per prevedere gli effetti dei cambiamenti al design dei componenti di motore e cellula. I componenti includono rivestimenti acustici, attuatori al plasma (scariche elettriche con un flusso d’aria ionizzato per controllare la produzione del rumore dovuto alla separazione del flusso) e schermi antiturbolenza (reti metalliche che eliminano la turbolenza, una significativa fonte di rumore). Gli schermi antiturbolenza di nuova progettazione hanno condotto ad un miglioramento di 3-4 dB, mentre i rivestimenti acustici migliorati hanno ottenuto riduzioni di 5-6 dB. «Riponiamo grandi speranze sul fatto che i nostri rivestimenti acustici elimineranno le emissioni acustiche dei condotti di aspirazione e gli scarichi del motore», aggiunge Peng. Un altro risultato è stato la verifica dei concetti del progetto di paletta della ventola e configurazione delle ali a basse emissioni sonore e il test dell’interazione motore/ala. Un’ulteriore lascito è rappresentato da un database delle configurazioni dei casi di prova, con e senza attuatori di controllo del rumore, per la validazione di dinamica dei fluidi e aeroacustica computazionali e, in aggiunta, per l’impiego da parte di futuri progetti di ricerca dell’UE. Il team ha sviluppato un insieme di linee guida sulle migliori pratiche circa l’utilizzo dei metodi di dinamica dei fluidi e aeroacustica computazionali e la distribuzione di tecnologie di controllo del rumore. Infine, la valutazione tecnica del gruppo sulle tecnologie illustra la maturità e il potenziale rispettivi per l’impiego industriale in entrambi i casi. IMAGE si è concluso a metà del 2019. Alcuni partner si sono uniti a nuovi progetti europei, nei quali utilizzeranno e amplieranno i metodi sviluppati con IMAGE. Altri partner hanno inoltre instaurato le proprie cooperazioni bilaterali. L’industria non impiega ancora aerei di linea super silenziosi, tuttavia, grazie alla ricerca fondamentale di IMAGE, compie un passo in avanti.
Parole chiave
IMAGE, rumore aeroacustico, aeromobile, salute, controllo del rumore, fisica di volo fondamentale
