Prestazioni migliorate negli elicotteri di prossima generazione
Problemi significativi per lo sviluppo di nuovi elicotteri possono a volte presentarsi durante il volo di prova iniziale o la successiva fase di collaudo. A seconda della gravità del problema, potrebbe essere necessario introdurre piccole riprogettazioni o persino modifiche sostanziali, così da assicurare una configurazione sicura, veloce e silenziosa. Tali operazioni possono causare ritardi costosi, specialmente se avvengono nelle fasi finali del processo di sviluppo. Il progetto CA3TCH, finanziato dall’UE, ha creato una tecnologia di simulazione avanzata per prevedere il comportamento aerodinamico e aeroacustico di configurazioni innovative di aerogiro, quali il Rapid and Cost Effective Rotorcraft (RACER) (aerogiro rapido ed economico), sviluppato da Airbus Helicopters. «L’obiettivo era riprodurre la configurazione completa nel modo più realistico possibile su computer, per quanto riguarda gli aspetti aeromeccanici e aeroacustici», afferma Manuel Kessler, coordinatore di CA3TCH e responsabile del gruppo di lavoro elicotteri e aeroacustica presso l’Istituto di aerodinamica e dinamica dei gas dell’Università di Stoccarda. Nello specifico, RACER unisce una velocità elevata al decollo e atterraggio verticale (Vertical Take-Off and Landing o VTOL), che permettono all’aerogiro di operare in zone remote e di aumentare nettamente la velocità e il raggio d’azione dei servizi di emergenza e soccorso. «La configurazione comprende ali ed eliche a sostegno della propulsione, al posto di un rotore posteriore convenzionale, e ci si attende che possa raggiungere velocità di crociera superiori a 400 km/h», osserva Kessler.
Più veloce e versatile
RACER è in grado di raggiungere velocità più elevate rispetto alle configurazioni da elicottero classiche, pur conservando la capacità di decollo e atterraggio verticale, diversamente da un aeromobile tradizionale. «Ciò permette di impiegare questi aerogiri per missioni prolungate senza un’infrastruttura specifica, nelle quali l’alta velocità è importante tanto quanto la flessibilità del sistema di decollo e atterraggio verticale, ad esempio nelle operazioni di soccorso in zone remote. È tuttavia necessario affrontare alcune problematiche, quali l’efficienza del consumo energetico e la minimizzazione del rumore», spiega Kessler. In risposta a tali sfide, i ricercatori hanno inoltre sviluppato una tecnologia di simulazione ad alta fedeltà necessaria per sostenere la progettazione e lo sviluppo aerodinamici di RACER. L’obiettivo era trasformare le stime preliminari in progettazione e analisi dettagliate in stati di volo diversi, fino ad arrivare al primo volo dell’aerogiro. L’approccio sviluppato, basato sul «volo di prova digitale», permette di esaminare attentamente le prestazioni dell’aerogiro ben prima della produzione delle prime parti metalliche. «Siamo coinvolti nella simulazione aerodinamica e aeroacustica dell’intero sistema», evidenzia Kessler. «Inizialmente ci siamo concentrati sulla stabilità meccanica e sull’interferenza aerodinamica del rotore e dell’ala. Abbiamo preso in considerazione condizioni di volo varie, compresi i voli laterali e all’indietro, a causa dell’ampio spettro di applicazioni attese per RACER. Analisi ulteriori hanno poi rivolto l’attenzione al funzionamento più efficiente possibile a velocità elevate e alla valutazione acustica».
Più sicuro e conveniente
La simulazione computazionale ad alta fedeltà e tramite dinamica dei fluidi della configurazione completa di tutti i componenti ha tenuto conto dell’accoppiamento della struttura fluidica delle pale elastiche del rotore, rifilata meccanicamente nella fase di volo stazionaria; essa ha potuto dunque fornire dati precisi e affidabili sul comportamento atteso da RACER. «Tale simulazione ha contribuito a identificare gli elementi critici in una fase iniziale del progetto e pertanto ha ridotto notevolmente il rischio antecedente al primo volo, riducendo in ultima analisi i tempi di sviluppo e, ovviamente, i costi», conclude Kessler.
Parole chiave
CA3TCH, elicottero, simulazione, Racer, aerogiro, aeroacustica, aerodinamica
