Tamas Bykerk la tecnologia di stampa 3D per creare modelli di aerei ipersonici per prove in galleria del vento a bassa velocità

Tamas Bykerk, uno studente laureato presso l’ Università di Sydney in Australia, ha utilizzato la tecnologia di stampa 3D per creare modelli di aerei ipersonici per prove in galleria del vento a bassa velocità . Le stampanti 3D hanno notevolmente ridotto il tempo necessario per creare un prototipo funzionante. Consente inoltre di esplorare in modo efficiente più opzioni stampando varie iterazioni di una parte per testare e raccogliere feedback.

Bykerk sta perseguendo un dottorato di ricerca in Ingegneria Aerospaziale, sotto la supervisione di Dr. Dries Verstraete. Entrambe fanno parte del progetto Hexafly-International in cui collaborano con l’Agenzia spaziale europea (ESA) e il Centro di ricerca aerospaziale italiano (CIRA) per valutare la fattibilità del trasporto aereo commerciale ipersonico.

Nell’aerodinamica, la velocità ipersonica è definita come il punto in cui si verificano cambiamenti fisici individuali nel flusso d’aria (come la dissociazione e la ionizzazione). Una velocità ipersonica si riferisce generalmente a velocità di Mach 5 e superiori. Per decenni, i veicoli di fuga e di ritorno atmosferici come le navette spaziali della NASA e gli aerei di ricerca con propulsione a razzo hanno volato a tali velocità per brevi periodi. Tuttavia, gli aerei di linea ipersonici commerciali che richiedono un volo ipersonico sostenuto sono ancora nella fase concettuale.

“Attualmente, la stragrande maggioranza della ricerca si concentra sul punto di progettazione ad alta velocità, principalmente i problemi aerostrutturali che accompagnano il riscaldamento della cellula. La mia ricerca guarda se questi velivoli possono decollare e atterrare in sicurezza “, afferma Bykerk. “L’obiettivo principale è valutare le prestazioni e la stabilità durante le due fasi più critiche del volo.”

Tutti i modelli di velivoli ad ala fissa devono bilanciare due obiettivi opposti: l’efficienza ottimale alla velocità di crociera rispetto al volo stabile e controllabile alla velocità di decollo e di atterraggio. Più veloce è la velocità di crociera desiderata, più pronunciato diventa il compromesso. In parole povere, gli aeroplani super veloci non sono costruiti per volare lentamente.

Quando un aereo decolla, e mentre sta tentando di atterrare, si avvicina a ciò che è noto ai piloti come velocità minima controllabile – il punto in cui volare più lentamente interromperà la capacità di mantenere un volo stabile. È a questa velocità in cui il volo diventa più pericoloso perché una riduzione della velocità causerà l’arresto del velivolo, il lancio in picchiata o la rotazione per recuperare il flusso d’aria sulle sue ali. Non c’è tempo per recuperare quando succede vicino al terreno.

Problemi aerodinamici appena esistenti a quote e velocità più elevate diventano significativi fattori di rischio durante il volo più lento vicino alla terra. Un vento trasversale può richiedere che l’aereo venga sorvolato con un angolo scomodo sul suo asse verticale per mantenere il suo percorso di volo, alterando il modo in cui l’aria scorre sulle sue ali e le superfici di controllo. Bykerk ha il compito di studiare queste considerazioni di volo lento in progetti di aeromobili in grado di volare più volte alla velocità del suono.

La Facoltà di Ingegneria e Tecnologie dell’Informazione dell’Università di Sydney ha 16 stampanti Tiertime 3D , quattro delle quali sono nel suo fab lab, ospitato all’interno della Scuola di Ingegneria Aerospaziale, Meccanica e Meccatronica. Bykerk utilizza queste stampanti 3D nella costruzione di modelli di velivoli ipersonici per il collaudo in una galleria del vento a bassa velocità. I modelli più grandi sono stampati in 3D in parti ABS, quindi assemblati e post-elaborati per garantire continuità tra il design originale e il modello. Le tecniche includono la levigatura, il riempimento delle fessure, la levigatura, la resinatura e la verniciatura.

Il prodotto finale viene posizionato in una galleria del vento dove è possibile ottenere dati cruciali.

“Stiamo osservando cose come lift e drag per le velocità di atterraggio e decollo e l’angolo di attacco richiesto. Quando il veicolo è alimentato, installiamo una ventola nel modello e analizziamo la separazione delle labbra d’ingresso e la distorsione d’ingresso “, afferma Bykerk. “I veicoli con cui lavoro hanno tutti planimetrie ad ala altamente spazzate, quindi l’innalzamento del vortice e l’interazione con altre parti dell’aeromobile sono spesso di interesse. L’analisi di stabilità coinvolge i momenti pitching / rolling / imbardata e side-force e come questi cambiano con l’angolo di attacco e il sideslip. ”

La stampa 3D viene anche utilizzata per la modifica e la sostituzione rapida di parti di modelli rimovibili, principalmente superfici di controllo. Alettoni, timoni, elevatori, flap e persino ali intere possono essere ridimensionati o regolati con i loro profili. In questo modo, il team può testare un progetto ipersonico e tentare di migliorare le sue caratteristiche di decollo e atterraggio.

“Modelli come questo normalmente vengono realizzati con lavorazioni CNC costose”, afferma Bykerk. “La stampa 3D non è solo più economica, ma mi consente di assumere il controllo completo del processo di produzione e di girare rapidamente diverse iterazioni”.

La maggior parte delle stime prevede droni ipersonici recuperabili entro 25 anni. Si presume che il viaggio aereo commerciale seguirà a un certo punto. Il lavoro che Bykerk sta facendo oggi potrebbe essere uno degli elementi costitutivi di quel futuro.

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