La ricerca si concentra sull'identificazione delle sorgenti di rumore e sulla modellazione dei meccanismi di riduzione del rumore, con lo scopo di sviluppare tecnologie innovative di riduzione del rumore basate sulla conoscenza dei fenomeni fisici. Il team lavora su diverse applicazioni ingegneristiche come il rumore generato dalle pale rotanti (come ventole ed eliche) sia in configurazioni isolate che installate, i rivestimenti acustici e la riduzione del rumore per il comfort interno (ad esempio, i sistemi HVAC). La ricerca viene condotta utilizzando e sviluppando sia metodi sperimentali che computazionali con diversi livelli di fedeltà.
Esempi di progetti in corso sono:
- Interazione tra un flusso turbolento e onde acustiche su liner acustici e sviluppo di nuove tecnologie maggiormente performanti.
Il progetto di ricerca è supportato dal progetto ERC Starting Grant LINING (grant agreement 101075903).
La mancanza di conoscenze fondamentali sull'interazione tra un'onda acustica e uno strato limite turbolento su una superficie trattata acusticamente, come in presenza di un liner acustico, è la causa di risultati inaspettati e non fisici riscontrati quando si esegue la caratterizzazione acustica del liner con metodi inversi. Questo perché, in questo campo, acustica e aerodinamica non sono mai state del tutto accoppiate.
Per questo motivo è necessario misurare le velocità acustiche e idrodinamiche vicino ad una superficie trattata acusticamente. Dal momento che non può essere fatto solo con esperimenti anche se allo stato dell'arte, a causa delle limitazioni hardware e di accessi ottici limitati, utilizzeremo anche simulazioni numeriche con l’approccio lattice-Boltzmann.
I risultati numerici saranno utilizzati per spiegare la fisica dell'interazione flusso-acustico. Saranno sviluppate e applicate metodologie avanzate di analisi dei dati per separare la velocità indotta dall'acustica vicino alla parete da quella idrodinamica. Allo stesso tempo, i risultati numerici saranno utilizzato per confrontare i metodi inversi impiegati per caratterizzare acusticamente i liner, al fine di spiegare le ragioni fisiche alla base dei risultati inaspettati e proporre correzioni basate sulla fisica. Inoltre, descrivendo l'interazione flusso-acustica, sarà possibile modellare e prevedere l'aumento della resistenza causata dall'accoppiamento tra la velocità indotta dall'acustica e quella del flusso libero.
La descrizione dell'interazione flusso-acustica risolverà il dibattito scientifico sui risultati inaspettati e aprirà la strada verso future meta-superfici acustiche che saranno applicabili in motori di prossima generazione e che saranno caratterizzate anche da bassa resistenza aerodinamica per aumentare l'efficienza della propulsione e ridurre il rumore dei futuri motori aeronautici, più sostenibili.
I dottorandi che lavorano a questo progetto avranno l'opportunità di collaborare con colleghi di molti altri istituti di ricerca e università.
- Rumore aerodinamico generato da sistemi propulsivi ad elica dovuti a flussi turbolenti caratterizzati da raffiche o interazioni aerodinamiche
Il rumore generato da propulsori ad elica è oggi un tema di rilievo nel campo di ricerca in aeroacustica principalmente per la forte crescita del mercato degli UAV e UAM. Tali sistemi opereranno anche in ambienti urbani, dove prevarrà la presenza di raffiche. Inoltre, come dimostrato da molti dei progetti sviluppati fino ad oggi, saranno caratterizzati da eliche soggette a forti interazioni aerodinamiche per la loro prossimità (sistemi quadcopter o con maggiore numero di propeller).
Fino ad oggi la maggior parte degli studi sul rumore dell'elica sono stati condotti assumendo che operino in flussi uniformi e poco si sa su come l’acustica e l’aerodinamica cambieranno in presenza di raffiche come in condizioni operative in ambiente urbano.
Obiettivo della ricerca, svolta in collaborazione con la Delft University of Technology, sarà di sviluppare approcci numerici, adatti a simulazioni di aeroacustica computazionale, e di studiare come si modificano i meccanismi fisici di generazione del rumore in presenza di raffiche. Il rumore calcolato in campo lontano, una volta validato rispetto a misurazioni sperimentali, sarà auralizzato e utilizzato per valutare come le persone lo percepiscono.
Nell’ambito dello stesso filone di ricerca, il team ha come obiettivo quello di sviluppare codici numerici ingegneristici, che potrebbero essere utilizzati in fase di progettazione preliminare, per tenere conto dell'effetto di interazioni turbolente sia sulle prestazioni aerodinamiche che aeroacustiche delle eliche.
- Generazione e riduzione di rumore aerodinamico in sistemi di raffreddamento e condizionamento
Lo sviluppo di veicoli elettrici e la continua richiesta di migliorare il comfort dei passeggeri richiede lo sviluppo di nuovi e più silenziosi sistemi di ventilazione per raffreddamento e condizionamento.
In questa ottica, la ricerca si concentrerà sull'analisi delle sorgenti di rumore sia per ventole che per sistemi di condizionamento, prestando particolare attenzione al loro funzionamento in condizioni operative realistiche. Una volta identificati i meccanismi di generazione di rumore, si svilupperanno nuove tecnologie di riduzione del rumore utilizzando concetti avanzati come meta-materiali.
La ricerca su questi due argomenti viene svolta in collaborazione con importanti industrie leader nel settore con il chiaro obiettivo di sviluppare sistemi che possano essere utilizzati nel prossimo futuro.
- Generazione e riduzione del rumore per velivoli con propulsione elettrica distribuita
I velivoli che opereranno su tratte a corto e medio raggio probabilmente adotteranno sistemi di propulsione elettrici distribuiti. Per questa configurazione, molti ricercatori hanno studiato la possibilità di bloccare l'angolo di fase tra eliche adiacenti. Tuttavia, è stato notato che, anche se non c'è interazione fisica tra le pale, l'interazione aerodinamica tra le scie provoca una variazione non-stazionari del carico su ciascuna pala dell'elica che sebbene piccola genera un forte aumento del rumore, particolarmente nella direzione dell’asse del rotore. Inoltre, la presenza dell’ala, potrebbe alterare l’interazione tra le scie e quindi avere anche un effetto sul rumore aerodinamico generato.
La ricerca si concentra sulla modellazione dell'interazione e del rumore che viene a generarsi per queste configurazioni con codici di basso ordine. Chiariti tutti questi aspetti sarà possibile sviluppare sia tecnologie di riduzione del rumore.