Riassunto:
La tedesca Lufthansa Technik ha recentemente ricevuto l'approvazione dall'Agenzia europea per la sicurezza aerea per installare il materiale di superficie bionico "AeroSHARK" sviluppato su un aereo passeggeri Airbus A330-300 e per condurre test di volo. Il team di sviluppo spera di utilizzare le proprietà strutturali della pelle di squalo per aiutare i grandi aerei passeggeri a muoversi nell'aria in modo più efficiente come uno squalo che nuota.
Per l'industria aeronautica moderna, una delle sfide più grandi è sempre stata la resistenza dell'aria.
Sebbene la fusoliera di un moderno aereo di linea sembri molto liscia, su scala microscopica la sua superficie metallica contiene in realtà un gran numero di piccole strutture irregolari. Quando un aereo vola ad una velocità di circa 890 chilometri orari, un sottile strato d'aria aderisce alla superficie della fusoliera.
Tra il corpo e questo strato d'aria si trova una regione dello spessore di circa 1 mm. Questa regione, chiamata sottostrato viscoso, è piena di una massa caotica e disordinata di minuscoli vortici e disturbi atmosferici.
Sono queste turbolenze su piccola scala, apparentemente poco appariscenti, che costituiscono la cosiddetta "resistenza all'attrito superficiale". La ricerca mostra che questo tipo di resistenza rappresenta circa la metà della resistenza aerea complessiva dell’aereo e diventa quindi un fattore importante che influenza il consumo di carburante e l’efficienza del volo.
Gli ingegneri aeronautici hanno cercato a lungo modi per indebolire questa resistenza e la risposta alla fine arriva dai predatori più importanti dell'oceano.
Anche se spesso le persone pensano che gli squali siano molto lisci, la loro pelle è in realtà ricoperta da scaglie estremamente piccole. Queste scaglie, chiamate denticoli, assomigliano a denti in miniatura con strutture rialzate allungate e regolarmente distanziate.
Queste minuscole texture seguono la direzione del corpo dello squalo. Quando l'acqua lo attraversa si formano anche numerosi microvortici. Tuttavia, le sporgenze sulla superficie dei denti dermici possono confinare questi vortici più lontano dalla pelle, riducendo così il disturbo diretto del flusso d’acqua sulla superficie corporea.
È questo meccanismo che aiuta gli squali a nuotare ad alta velocità nell'acqua di mare con maggiore efficienza.
Il concetto di design di AeroSHARK deriva da questo fenomeno naturale.
Il sistema è essenzialmente uno strato di speciale pellicola polimerica con un gran numero di micro-scanalature larghe solo circa 50 micron in rilievo sulla sua superficie. Imitando accuratamente l'altezza, la spaziatura e la geometria dei denti della pelle di squalo, i ricercatori sperano di ottenere un effetto di riduzione della resistenza simile a quello degli squali.
Dopo l'installazione, questa pellicola coprirà l'esterno della fusoliera dell'aereo come una grande pellicola. Quando l'aria fluisce attraverso queste strutture sottili, le perturbazioni originariamente formatesi sulla superficie dell'aereo vengono riorganizzate, riducendo così la resistenza dell'aria e migliorando l'efficienza del volo.
Secondo i calcoli di Lufthansa Technik, l'attuale versione di AeroSHARK può ridurre il consumo di carburante e le emissioni di carbonio per un singolo volo di circa l'1%. Se in futuro verrà ulteriormente esteso a parti come ali e code, si prevede che l’effetto di riduzione delle emissioni aumenterà fino a circa il 2%.
Questa approvazione per i test non significa che AeroSHARK sia stato messo in pratica per la prima volta.
In effetti, questa tecnologia è stata certificata per operazioni commerciali su alcuni aerei cargo e passeggeri Boeing 777 e ha accumulato molta esperienza nelle operazioni su rotte reali.
Finora il sistema AeroSHARK è stato installato su molti aerei a lungo raggio del Gruppo Lufthansa. Secondo i dati rilasciati dalla società, le tecnologie correlate hanno stabilito record di centinaia di migliaia di ore di volo operative e hanno aiutato le compagnie aeree a risparmiare molto sul consumo di carburante e sulle emissioni di anidride carbonica.
Tuttavia, per i modelli Airbus, questa certificazione A330 ha un significato speciale.
Essendo il secondo aereo passeggeri wide-body a lungo raggio più diffuso al mondo, l'A330 continuerà a servire nella flotta aerea globale per molto tempo in futuro. Se AeroSHARK otterrà finalmente la certificazione formale e sarà ampiamente utilizzato, la sua potenziale dimensione di mercato supererà di gran lunga la sua portata attuale.
Per completare il lavoro di certificazione, Lufthansa Technik ha avviato importanti piani di test a Dresda, in Germania. Un aereo passeggeri A330-300 appartenente a Discover Airlines sarà sottoposto a modifiche e a molteplici cicli di verifica di volo per valutare l’impatto di questa tecnologia sulle prestazioni di volo, sulla sicurezza e sull’affidabilità operativa.
Allo stesso tempo, il team di ricerca e sviluppo sta anche portando avanti lo sviluppo del materiale AeroSHARK di prossima generazione, sperando che in futuro non riguardi solo la fusoliera e la carenatura del motore, ma venga applicato anche alle aree che sopportano maggiori carichi aerodinamici, come ali, code orizzontali e verticali.
Gli addetti ai lavori ritengono che, poiché l'industria aeronautica deve far fronte a requisiti di riduzione delle emissioni sempre più rigorosi, le tecnologie bioniche come AeroSHARK, che si ispirano direttamente al design naturale, stanno diventando una direzione importante per migliorare l'efficienza dell'aviazione. Per le compagnie aeree, anche se il consumo di carburante venisse ridotto solo dell’1%, ciò significherebbe anche un notevole risparmio sui costi operativi e effetti di riduzione delle emissioni di carbonio nell’enorme rete di rotte globali.
L'aggiunta dell'Airbus A330 al programma di test significa anche che la tecnologia bionica derivata dalla pelle di squalo si sta espandendo a una gamma più ampia di flotte dell'aviazione civile.
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