La progettazione dell’ala chiusa a riquadro per aeromobili più efficienti
Siamo nel 1924. Ludwig Prandtl, un ingegnere tedesco che viene considerato il padre dell’aerodinamica, presenta una sua nuova idea al mondo: l’ala chiusa a riquadro. Rispetto all’aeromobile convenzionale dotato di due ali separate che tutti conosciamo e su cui chiunque è salito a bordo, si suppone che l’ala chiusa a riquadro massimizzi l’efficienza dell’apertura alare dei velivoli, un fattore inversamente proporzionale alla resistenza e al consumo di combustibile. Più o meno 100 anni più tardi, nonostante anni e anni di vaste attività di ricerca e sviluppo, non vi è ancora traccia degli aeroplani ad ala chiusa a riquadro. I potenziali benefici, tuttavia, sono stati confermati: secondo alcuni degli ultimi sforzi di ricerca effettuati dall’Università di Pisa, l’ala chiusa a riquadro potrebbe ridurre del 22 % il consumo di carburante per passeggero. «Il PrandtlPlane (PrP), che è stato chiamato in questo modo dall’Università di Pisa in onore di Prandtl, può fungere da moltiplicatore di forze nella ricerca volta a trovare soluzioni neutre dal punto di vista climatico. Se questo modello è in grado di ridurre il consumo di carburante di almeno un quarto rispetto ad ora grazie ai combustibili e ai sistemi di propulsione odierni, si immagini pertanto quali potrebbero essere i benefici per i sistemi di propulsione ibrido-elettrici o a idrogeno», afferma Vittorio Cipolla, docente assistente presso il Dipartimento di Ingegneria civile e industriale dell’Università di Pisa e coordinatore di PARSIFAL (Prandtlplane ARchitecture for the Sustainable Improvement of Future AirpLanes). PARSIFAL rappresenta il costante impegno della comunità di ricerca per tradurre il sogno di Prandtl in realtà. Da maggio 2017 a luglio 2020, il team del progetto ha valutato l’impatto esercitato dall’introduzione del PrP in aeromobili quali il Boeing 737 e l’Airbus A320, che rientrano nella categoria C della classificazione ICAO relativa ai requisiti per gli aeromobili.
Un’approfondita valutazione dei benefici
La valutazione del progetto è stata condotta dal punto di vista della fattibilità tecnica per mezzo di attività di progettazione e analisi ad alta fedeltà incentrate su aerodinamica, meccanica del volo, strutture, sistemi di propulsione e studi di impatto. Nello specifico, gli ultimi hanno concentrato l’attenzione sull’impatto che la sostituzione delle ali convenzionali nel PrP potrebbe esercitare sulle emissioni di CO2 e di altra tipologia atmosferica, sul potenziale di riscaldamento globale, sui livelli di rumore percepito, sulle operazioni terrestri e sulla redditività dell’investimento per le compagnie aeree. Per garantire un confronto preciso tra l’ala chiusa a riquadro e la progettazione convenzionale, il team del progetto ha implementato i propri modelli di analisi in un quadro di progettazione multidisciplinare adatto sia per le architetture standard, sia per quelle del PrP. «La configurazione dell’ala chiusa a riquadro ci consente di generare una maggior portata per lo stesso limite di apertura alare, che è il requisito necessario a trasportare una grande quantità di passeggeri per volo senza superare i requisiti di categoria imposti dalla ICAO. La previsione relativa alla riduzione di combustibile per passeggero-chilometro, valutata adottando gli stessi approcci ad alta fedeltà sia per le architetture convenzionali sia per quelle del PrP, va dal 10 % al 22 % a seconda dei requisiti applicabili alla specifica missione. Sono attualmente in corso analisi analoghe per il settore dell’aviazione regionale nell’ambito del progetto di ricerca italiano “PROSIB”, in cui il PrP viene combinato con la propulsione ibrido-elettrica», spiega Cipolla. Oltre alla riduzione del consumo di carburante, i partner di PARSIFAL hanno scoperto che il PrP consentirebbe di diminuire il potenziale di riscaldamento globale riferito ai velivoli di categoria C di circa il 17 % in 20 anni. Inoltre, la maggiore capacità di passeggeri dei velivoli PrP (che possono ospitare più di 100 posti aggiuntivi) significa meno voli e un rumore complessivo inferiore. Anche i portafogli dei passeggeri possono trarre dei vantaggi: secondo Cipolla, il costo per posto disponibile-chilometro verrebbe ridotto fino a raggiungere il 12 % in meno. Sebbene il progetto sia giunto al termine, Cipolla e il suo team continuano ad approfondire specifici aspetti di progettazione relativi al PrP. Inizialmente, essi si auguravano che il primo PrP sarebbe decollato già nel 2035; tuttavia, come per tante altre situazioni, è probabile che la Covid-19 provochi alcuni ritardi per questo risultato.
Parole chiave
PARSIFAL, ala chiusa a riquadro, Ludwig Prandtl, efficienza del carburante, aeromobile, aerodinamica, PrandtlPlane
