Nuove ali ispirate ai gufi stampate in 3d praticamente rendono il volo silenzioso

I ricercatori della Iowa State University utilizzano la stampa 3D per sviluppare pale a propulsione ispirate alle ali di gufo. I disegni innovativi potrebbero portare a aerei più silenziosi, turbine eoliche e altre macchine.

Ci sono alcuni motivi evidenti sul fatto che è difficile vedere i gufi. Sono creature della notte, per cominciare, cosa che  rende  improbabile che appaiono durante il giorno e sono difficili da distinguere nel buio notturno.

Ma sono anche volatili incredibilmente silenziosi. I gufi – nonostante le loro dimensioni – fanno sorprendentemente poco rumore quando volano. Non li si sente neanche se volano sopra la nostra testa.

È questa impressionante tranquillità che ha ispirato l’Anupam Sharma di Iowa State e la sua squadra a dare un’occhiata più da vicino alla meccanica di volo del rapace notturno.

“Il gufo è quasi completamente silenzioso durante il volo”, afferma Walter W. Wilson di Sharma: “I gufi non sono solo silenziosi nel volo planato , ma anche in volo flapping cioè battendo le ali”.

Secondo Sharma, ci sono tre ragioni principali per cui le civette volano così in silenzio: le strutture fini, a pettine, sul bordo superiore dell’ala; una frangia flessibile e porosa sulle piume sul bordo di traverso dell’ala; e un cappotto in pelo sulle piume di volo dell’uccello.

Per analizzare da vicino  la meccanica del volo si è fatto ricorso alla stampa 3d , tramite la scansione 3D  vari esemplari di gufo, sono stati trasformati in modelli 3D digitali che sono stati utilizzati nei software di simulazione. Questo ha permesso di capire come queste tre caratteristiche dell’ala influenzano il flusso d’aria, la turbolenza e la pressione per produrre un movimento praticamente silenzioso.

Queste simulazioni sono molto avanzate. Sharma utilizza  supercomputer del laboratorio nazionale di . Argonne a Lemont, Illinois, dove vengono utilizzati oltre 16.000 processori per simulare i gufi virtuali.

Usando queste simulazioni, l’assistente professore ha scoperto alcune cose importanti – non solo in termini di anatomia degli uccelli, ma anche cose che possono influenzare l’ingegneria meccanica reale.

In primis  le simulazioni dimostrano che i profili  basati sulle ali di gufo possono ridurre sostanzialmente la pressione instabile sulla parte posteriore di una superficie della lama. I disegni simili a gufo possono anche ridurre il suono fino a 5 decibel senza avere un effetto sulle prestazioni aerodinamiche.

Ma come si replica la natura morbida e, in ultima analisi, organica di ali e piume per oggetti come le turbine, tradizionalmente fatte di metalli duri?

Con i bordi d’aria di stampa 3D con un bordo di taglio serigrafato-progettato per replicare le strutture del pettine sull’ala del gufo, i ricercatori dello stato di Iowa hanno rilevato che il rumore è stato ridotto in modo significativo rispetto ai profili d’aria con un bordo piatto, riducendo anche la pressione instabile all’estremità posteriore della superficie della lama. Quindi, anche se c’è una grande differenza materiale, la copia della sottile forma dell’ala del gufo ha prodotto un effetto paragonabile.

I ricercatori hanno anche provato a stampare in 3D piccole finiture sottili e dei canopi in prossimità del bordo della lama.

Per convalidare i loro esperimenti, i ricercatori dello Stato dell’Iowa hanno invitato i ricercatori della Virginia Tech a testare i nuovi disegni usando il proprio software di simulazione. Il team della Virginia Tech ha confermato che i disegni ispirati al gufo riducono il rumore senza compromettere le prestazioni.

Questo, dice Sharma, potrebbe avere un grande impatto sulla progettazione di  turbine e aeromobili eolici, che potrebbero ridurre le emissioni sonore implementando queste caratteristiche ispirate al gufo.

“I risultati di questa ricerca potrebbero avere un impatto sulla progettazione di veicoli aerei silenziosi con applicazione nella difesa nazionale, nel commercio e nel trasporto”, dice Sharma.

Altri sembrano d’accordo: la National Science Foundation sta sostenendo gli studi di Sharma con una sovvenzione CAREER di cinque anni, mentre l’Iowa Space Grant Consortium ha contribuito con una sovvenzione di   100.000 dollari.

Ma nessuna somma di denaro, purtroppo, porterà ad aerei che assomigliano a gufi.

“Il nostro approccio è bio-ispirato in contrasto con la bio-mimica”, spiega Sharma. “I nostri disegni non assomiglieranno alle ali di gufo.

“Stiamo studiando i meccanismi fisici dietro il volo silenzioso del gufo. Poi stiamo proponendo geometrie semplificate ispirate alle ali del gufo e applicando queste alle ali, alle lame dei rotori dei motori a reazione e alle turbine eoliche “.

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