Acustica e aerodinamica unite nel progetto LINING
Solo nel 2022 sono state 2.932 le proposte che hanno partecipato alla call for proposals Starting Grant, indetta annualmente dall’European Research Council (ERC).
Quelle che hanno superato la selezione sono state 408: tra le vincitrici del finanziamento ERC c’è anche il progetto LINING (Acoustic fLow InteractioN over sound absorbing surfaces: effects on ImpedaNce and draG) coordinato dal professor Francesco Avallone del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale-DIMEAS.
Francesco Avallone, 35 anni, nato a Cava de’ Tirreni in provincia di Salerno, oggi insegna Aerodinamica Instazionaria ed Aeroelasticità al Politecnico, ma prima di approdare a Torino, ha fatto un interessante volo da Napoli all’Olanda.
“Dopo la laurea triennale, specialistica e il dottorato conseguiti presso l’Università degli Studi Federico II di Napoli, – racconta il professor Avallone – mi sono spostato in Olanda, alla Technische Universiteit Delft (TU Delft) per il PostDoc, dove ho preso parte al gruppo di ricerca in aeroacustica, vincendo poi il concorso da Assistant Professor”.
Cinque anni dopo, decide di tornare in Italia: è durante la fase di trasferimento che ottiene la notizia della vittoria dello Starting Grant per il suo progetto.
L’obiettivo di LINING è descrivere e modellare in modo accurato l’interazione tra flusso aerodinamico e onde acustiche sia sui liner acustici convenzionali sia per quelli di nuova generazione. La ricerca impegnerà il professore per i prossimi cinque anni e, fino al 2028, i temi indagati sicuramente aumenteranno, in numero e complessità. La ricerca si svolgerà anche con il coinvolgimento di centri di ricerca e università estere, come ONERA (Francia), NLR (Olanda) e la Federal University of Santa Catarina (Brasile).
Oltre alla ricerca su liner acustici, nell’ambito del progetto ERC LINING ci sono altri due argomenti di interesse: il rumore generato da ventole utilizzate su veicoli elettrici e la riduzione del rumore generato da droni che circoleranno sempre di più in città.
È stupefacente scoprire che, punto di partenza di LINING, sono dei dati rilevati in una serie di esperimenti che sembrano apparentemente contrastanti, e la curiosità di conoscere il senso della loro esistenza.
“Partendo da questi presupposti – continua Francesco Avallone – andremo ad effettuare delle simulazioni numeriche che valideremo, poi, con esperimenti per capire esattamente cosa sta succedendo e il perché di questi dati”.
Quali sono questi dati? Sono quelli relativi alla proprietà dell’impedenza, una dimensione che ci dà informazioni su quanto la superficie assorbente sia capace di ridurre il rumore. Si tratta di una caratteristica influenzata da diversi fattori come la geometria, la velocità del flusso, la densità del fluido e le caratteristiche del materiale.
Per i liner convenzionali, l’impedenza dovrebbe risultare indipendente dalla direzione di flusso rispetto all’onda acustica ma, conducendo esperimenti, sia con onde acustiche e flusso nella stessa direzione sia con onde acustiche e flusso in direzioni opposte, sono stati rilevati risultati di impedenza differenti.
Quali siano i motivi è ancora difficile dirlo: “Ce ne sono di plausibili, ma nessuno ancora validato. – spiega Avallone – Noi supponiamo che ci sia un’interazione tra il flusso e l’acustica, però l’interazione non è modellata nelle condizioni a contorno che utilizziamo per, poi, arrivare a determinare tale quantità, la quale è difficile da ottenere direttamente, e quindi convenzionalmente la misuriamo con metodi inversi”.
Bisogna, quindi, capire la fisica di base dell’interazione tra onde acustiche e flusso turbolento, trovare una formula che ci permetta di interpretare qualcosa che non è stato finora abbastanza indagato. Acustica e aerodinamica non sono mai state completamente accoppiate e saranno sviluppate metodologie avanzate di analisi dei dati. Inoltre, descrivendo l'interazione flusso-acustica, sarà possibile modellare e prevedere l'aumento della resistenza causato dall'accoppiamento tra la velocità indotta dall'acustica e quella del flusso. Al fine di risolvere il dibattito scientifico sui dati apparentemente contrastanti inerenti all’impedenza, si aprirà la strada a futuri studi per aumentare l'efficienza di propulsione e ridurre il rumore dei futuri motori aerei, più sostenibili.
La missione di LINING non è quindi importante solo per la ricerca ingegneristica generale, ma lo è anche per l’ambiente: gli esiti del progetto verranno utilizzati per applicazioni tecnologiche e costruzioni nel pieno rispetto dei valori del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR).
L’Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe (ACARE) ha stabilito che entro il 2050 gli aerei messi in commercio dovranno essere 65 decibel meno rumorosi e il 90% meno inquinanti di quelli commercializzati nel 2000. Il rumore, infatti, è uno degli effetti collaterali più dannosi dell’aviazione e l’inquinamento acustico è un problema che interessa un numero sempre crescente di persone.
Stando alle stime dell’Organizzazione mondale della sanità, circa la metà della popolazione europea vive in aree in cui, durante il giorno, si supera il limite massimo di 55 dBA, cioè i decibel ponderati che considerano la diversa sensibilità dell’orecchio a differenti frequenze, mentre il 20% dei cittadini europei è esposto a valori superiori a 40 dBA durante le ore notturne.
Secondo il Report del 2019 pubblicato dall’European Aviation Environmental (EAE - Report 2019) il traffico aereo crescerà costantemente e l’EAE attesta che il rumore ambientale è tra le primarie cause di 48.000 nuovi casi di cardiopatie ischemiche l’anno.