Vibrazioni e aeroacustica: una nuova tecnologia per i propulsori aeronautici

Gli aerei del futuro, per risparmiare carburante, raggiungere l’obiettivo delle zero emissioni grazie all’idrogeno e migliorare le prestazioni, dovranno avere propulsori più leggeri ma al tempo stesso più silenziosi. Un problema non da poco, a livello progettuale: perché alleggerire i componenti può portare ad instabilità fluido-strutturali che innescano vibrazioni, capaci di mettere a repentaglio l’affidabilità dell’intero sistema propulsivo. Come risolvere questa dicotomia? Se ne sta occupando il nutrito pool europeo che compone il consorzio del progetto europeo “Arias”, un H2020 che si sviluppa nell’arco di cinque anni, con un importante finanziamento di 7 milioni e mezzo, e che unisce la parte accademica - che si occupa di modelli matematici e computazionali per la progettazione avanzata - a quella industriale, a cui sono trasferiti i prodotti della ricerca. Fra i partner del progetto c’è anche il Dipartimento di Ingegneria Industriale (Dief) dell’Università di Firenze, storicamente fra i primi in Italia - fin dagli anni Ottanta - a occuparsi di fluidodinamica computazionale applicata alla propulsione e all’aerodinamica, grazie a una storica partnership con Avio. “La nascita di un nuovo motore richiede vari aspetti di progettazione, che riguardano l’aerodinamica, l’acustica, lo scambio termico e non ultime le vibrazioni. Queste diverse esigenze spesso collidono tra loro. Quindi, la progettazione diventa olistica: aerodinamica, vibrazioni e rumore vanno trattati con un approccio multidisciplinare - sottolinea il professor Andrea Arnone, prorettore vicario dell’ateneo toscano - Noi dobbiamo investigare nuove configurazioni e validare di modelli matematici sempre più accurati che tengano conto dell’integrazione fra aerodinamica, vibrazioni strutturali e le emissioni acustiche: dopo di che, la progettazione dovrà orientarsi verso componenti più leggeri, ma allo stesso tempo meno soggetti a vibrazioni, grazie a geometrie di pale non convenzionali e dispostivi di smorzamento innovativi”. Arrivato a metà del cammino, Arias sta procedendo secondo le aspettative. E il gruppo fiorentino sta sviluppando un’idea particolarmente innovativa: “Monitoreremo le vibrazioni dei nuovi propulsori tramite misure acustiche. Un ambito di ricerca estremamente stimolante: fino a ora abbiamo progettato palettature che non andassero in vibrazione, ora potremo anche monitorarle tramite misure acustiche affiancate da modelli computazionali. È un campo di ricerca del tutto nuovo, e stiamo cercando di portare sempre più avanti lo stato dell’arte”.