Riduzione della resistenza aerodinamica: una svolta per il convertiplano

Organizzata su sei principali piattaforme, l’iniziativa Clean Sky porterà allo sviluppo dei cosiddetti dimostratori in volo e a terra. Tra questi dimostratori tecnologici integrati (DTI), la piattaforma Green Rotorcraft è dedicata in modo specifico a elicotteri e convertiplani. In futuro, si prevede un aumento del loro impiego per soddisfare la richiesta di trasporto in aumento.

Inclinando le gondole del rotore in modo perpendicolare o parallelo alla direzione di volo, il convertiplano può decollare e atterrare come un elicottero e volare come un aeroplano.

Il progetto DREAM-TILT (Assessment of tiltrotor fuselage drag reduction by wind tunnel tests and CFD) finanziato dall’UE aveva come obiettivo l’esecuzione di test e simulazioni per valutare le caratteristiche aerodinamiche dei componenti della fusoliera.

Considerando le diverse modalità operative di un convertiplano, i punti principali di resistenza aerodinamica si trovano nella parte anteriore della fusoliera, nelle carenature della radice dell’ala, negli ingranaggi del carrello di atterraggio e negli impennaggi posteriori. Il consorzio GRC2 (Green Rotorcraft Consortium 2) aveva precedentemente identificato delle forme ottimizzate di questi componenti che contribuiscono a ridurre la resistenza aerodinamica dei velivoli e a migliorare l’efficienza aerodinamica.

A tal fine, il team ha utilizzato la fluidodinamica computazionale (CFD) insieme a metodologie progettuali innovative basate su algoritmi evolutivi multiobiettivo. Attraverso i test in galleria del vento, DREAM-TILT ha valutato i componenti della fusoliera dei più recenti convertiplani civili europei basati sull’architettura ERICA. In particolare, i partner del progetto hanno determinato una riduzione della resistenza rispetto alla configurazione di base.

Tutti i componenti sono stati valutati in una campagna di test in galleria del vento per ottenere un’accurata ripartizione della resistenza aerodinamica e identificare il loro contributo individuale alle prestazioni aerodinamiche globali della fusoliera. Oltre alla misurazione della forza globale, i ricercatori hanno effettuato ulteriori analisi del flusso per comprendere meglio i meccanismi di flusso responsabili dei miglioramenti osservati nelle nuove configurazioni per la riduzione della resistenza aerodinamica.

Sono stati forniti tre componenti di velocità del campo di moto per la convalida localizzata degli strumenti CFD adottati nel processo di ottimizzazione. Successivamente, gli scienziati hanno usato modelli numerici già testati e convalidati per eseguire una serie di calcoli delle prestazioni aerodinamiche della fusoliera ERICA ottimizzata. I risultati sono stati confrontati con i dati dei test in galleria del vento per valutare l’impatto dell’ottimizzazione della forma, inclusi gli effetti del rotore.

I vantaggi dell’ottimizzazione aerodinamica dei componenti del convertiplano sono già stati trasformati in una riduzione della resistenza aerodinamica pari al -4,5 % in condizioni di scala reale. Il progetto DREAM-TILT ha dimostrato l’efficacia dell’approccio basato su CFD per l’ottimizzazione dei componenti del convertiplano, aprendo la strada alla progettazione di un convertiplano più ecologico. La riduzione della resistenza della fusoliera avrà importanti implicazioni in termini di efficienza e consumi.