CleanSky è il programma di ricerca più grande mai lanciato in Europa per lo sviluppo di tecnologie innovative in ambito aeronautico. Obiettivo di questo investimento congiunto della comunità europea e dell’industria è un significativo abbattimento dell’impatto ambientale del trasporto aereo in termini di inquinamento, anche acustico.
Una delle ricerche promosse nell’ambito dei velivoli ad ala rotante riguarda la possibilità di fornire al pilota informazioni inerenti al rumore generato in fase di decollo e atterraggio, in modo da ridurlo.
La costruzione di eliporti in aree urbane è stato infatti spesso osteggiato dai residenti con motivazioni inerenti la rumorosità degli elicotteri.
In merito a questa tematica un consorzio composto da Vicoter, Politecnico di Milano, Logic e UniRoma3 ha proposto il progetto Manoeuvres (Manoeuvring Noise Evaluation Using Validated Rotor State Estimation Systems).
L’idea si basa sulla possibilità di valutare indirettamente il rumore generato conoscendo alcuni parametri di volo del velivolo.
La stima del rumore generato al suolo in fase di decollo e atterraggio è basata su delle mappe acustiche analitiche, preventivamente calcolate e validate, parametrizzate per mezzo di alcune grandezze quali la velocità del velivolo, la portanza fornita dal rotore e l’orientamento di quest’ultimo rispetto al vento relativo.
Il programma, della durata di due anni, con termine nel 2016, prevede lo sviluppo, la realizzazione e il test di uno strumento in grado di ricostruire l’assetto di una pala (angoli di flappeggio, incidenza e ritardo) in tempo reale. Le informazioni così ottenute vengono utilizzate per determinare il piano descritto dalle estremità delle pale (TPP, Tip Path Plane) ottenendo in tal modo la posizione del rotore.
Integrando i dati ottenuti da questo sensore con la sensoristica di bordo, un algoritmo sviluppato interamente nell’ambito del consorzio, permette una previsione del rumore generato. Questa stima è basata sui risultati di uno studio dedicato che include l’analisi della dipendenza dell’emissione acustica dalle condizioni di volo e dalla traiettoria, con un approccio completamente non stazionario.
’ in corso di sviluppo inoltre un’interfaccia uomo-macchina, progettata secondo gli standard aeronautici, da integrare nel cockpit del velivolo ed in grado di fornire al pilota in maniera intuitiva indicazioni sul rumore originato.
Maggiori dettagli sull’intero progetto sono disponibili in:“MANOEUVRES-An effort toward quieter, reliable rotorcraft terminal procedures”, Greener Aviation Conference, 2014.
Nella prima fase di Manoeuvres, la Vicoter, in stretta collaborazione con alcuni degli altri membri del consorzio, si è occupata di identificare alcune soluzioni tecnologiche in grado di soddisfare le specifiche di progetto.
Le varie proposte sono state sottoposte ai tecnici dell’industria elicotteristica e vagliate mediante la metodologia AHP (Analytic Hierarchycal Process).
Le peculiari condizioni di impiego in cui deve operare lo strumento ed in particolare gli elevati livelli vibratori, con i conseguenti problemi di fatica, hanno orientato la scelta verso sistemi di misura contact less. I metodi ottici, siano lettori laser o telecamere dotate di riconoscimento dell’immagine, sono risultati delle soluzioni altamente attrattive grazie al peso contenuto, il minimo ingombro, la buona risoluzione, la possibilità di dover trasferire un numero limitato di informazioni grazie agli algoritmi embedded.
La verifica delle aree del velivolo atte all’alloggiamento dei sensori, le elevate distanze di misura e i conseguenti ingombri e pesi della strumentazione in grado di coprirle, i problemi di aliasing spaziale e la difficoltà di portare il segnale da varie zone della cabina ad un’unità centrale di elaborazione, hanno fatto propendere verso installazioni poste direttamente sul rotore.
La possibilità di porre il sistema di misura sul mozzo rotore offre grandi vantaggi in termini di riduzione del campo di misura, diminuzione delle masse aggiunte, incremento della frequenza di campionamento. La vicinanza tra lo strumento e la radice pala permette di pensare a impianti compatti e a sistemi di illuminazioni del bersaglio improponibili altrimenti.
D’altro canto tale soluzione apre numerose sfide che il consorzio deve affrontare nell’ambito delle stringenti normative vigenti in ambito aeronautico. La più pressante riguarda il metodo di trasmissione dei dati dal rotore alla cabina che può avvenire mediante slip ring, di cui i velivoli di serie non sono dotati, o via wireless, non prevista dalla normativa vigente.
Ulteriori problematiche derivano dal livello di vibrazioni a cui sono sottoposti i sensori posizionati sulla testa rotore e dall’effetto dell’accelerazione centrifuga: l’impatto sia sulla qualità della misura sia sulla vita degli strumenti può essere valutato solo mediante dei test in laboratorio.
Vicoter ha preso in carico il progetto e la realizzazione dei vari banchi prova il più rilevante dei quali sarà l’allestimento di due tecnologie di misure sul mock up dell’AW109, situato nei capannoni del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali del Politecnico di Milano.
Questa prova prevede di il funzionamento dei sensori in condizioni il più possibili simili a quelle riscontrate durante un volo. Effetti della centrifuga, spettro di sollecitazione in frequenza, incidenza del posizionamento degli strumenti, rilevanza della luminosità, problemi di trasmissione sono alcuni degli aspetti che vogliono essere indagati mediante questa campagna sperimentale.
Le informazioni ottenute in questo modo permetteranno di configurare in maniera ottimale i sistemi di misura ed identificare il più idoneo a venir montato su un velivolo reale per essere sottoposto a un test comparativo con un sistema prototipale a bassa affidabilità presente in azienda.
Ulteriori informazioni inerenti gli sviluppi delle attività possono essere ottenute dal sito: www.manoeuvres.eu
