di Una struttura unica in Italia in ambito accademico. È la nuova Galleria del Vento Anecoica, inaugurata presso il campus Bovisa in occasione del Festival Internazionale dell’Ingegneria 2025, a settembre. Un nuovo strumento a disposizione dei ricercatori di ateneo, e di aziende private, per effettuare test di misurazione in ambito aeroacustico. Va ad affiancarsi alle preesistenti gallerie del vento del Laboratorio di Aerodinamica del DAER – Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali e della Galleria del Vento del Politecnico di Milano, la più grande d’Europa, per fornire servizi ancora più avanzati e con uno scopo ben preciso: l’impianto infatti è stato finanziato attraverso il MOST – Centro Nazionale di Mobilità Sostenibile, in particolare all’interno dello Spoke 1 Air Mobility, per favorire studi sulla mobilità aerea urbana sostenibile.
Ce ne parlano Alex Zanotti, docente di Fluidodinamica presso il DAER, e Donato Grassi, referente del Laboratorio di Aerodinamica.
Nel Polo di Cremona ed al Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano ci sono già delle camere anecoiche, e nel campus Bovisa ci sono già delle gallerie del vento. Come mai si è sentita la necessità di realizzare una nuova infrastruttura che unisse i due aspetti?
Alex Zanotti: Siamo stati coinvolti nello Spoke 1 del MOST, legato all’aeronautica e all’aviazione. Abbiamo proposto la realizzazione di questo impianto perché ce ne sono pochi in Europa e tipicamente sviluppati da aziende, in particolare in ambito automotive. Nel nostro caso invece il bisogno nasce da uno degli obiettivi dello Spoke 1 del Centro Nazionale MOST, cioè lo studio di problematiche legate ai velivoli elettrici a decollo verticale, gli eVTOL, per la nuova mobilità aerea urbana sostenibile. La necessità è data dal fatto che in una camera anecoica si possono fare misurazioni acustiche su modelli “fermi”, in quanto non viene considerata la condizione di vento relativo tipica del volo; in una galleria del vento classica ovviamente posso riprodurre tali condizioni, ma le misure acustiche sarebbero non attendibili in quanto influenzate dal rumore prodotto dall’impianto stesso, per esempio dalla presenza delle pareti della camera di prova o dai motori utilizzati per movimentare il flusso d’aria nel condotto. Per questo ne abbiamo costruito una nuova, perché adattare una galleria del vento preesistente per effettuare delle misure acustiche è complicato, in quanto il tipo di progettazione richiesto per un impianto idoneo a misure aeroacustiche è completamente differente. Per cui siamo ripartiti da un foglio bianco, circa tre anni fa, progettando noi l’impianto, dopodiché ci siamo appoggiati a una ditta esterna per la realizzazione dei condotti e della camera di prova anecoica.
Da un punto di vista della progettazione, quali sono state le sfide, le differenze da tenere in conto da un punto di vista del design e dei materiali? E quali sono le caratteristiche tecniche dell’impianto?
Z: È necessario abbattere o limitare il più possibile l’impatto acustico prodotto dal flusso d’aria all’interno del condotto della galleria; quindi, innanzi tutto le pareti dei condotti sono rivestite da materiale fonoassorbente. Inoltre, all’interno dei condotti ci sono dei veri e propri settori che fanno da “silenziatori”, in aggiunta alla scelta di un ventilatore a “basso impatto” acustico opportunamente selezionato. Un altro problema progettuale è che le pareti della camera di prova di una galleria del vento “classica” producono delle riflessioni delle onde sonore in prossimità del modello da testare, il che ovviamente influenza negativamente la qualità della misura acustica; quindi tipicamente le gallerie del vento anecoiche vengono realizzate in modo da generare un getto libero all’interno di una camera anecoica di volume maggiore; inoltre viene realizzato un collettore del getto con sezione molto maggiore per ridurre gli effetti acustici spuri relativi all’ingestione del getto nel condotto di ritorno. Ne consegue che anche dal punto di vista del layout, la camera di prova in questo caso è molto diversa da quella di una normale galleria del vento.
Donato Grassi: Le dimensioni della nostra galleria anecoica sono state dettate dallo spazio a disposizione nel nostro laboratorio. Abbiamo una sezione del getto di 70 cm per 50 cm e la velocità del getto d’aria può raggiungere i 43 metri al secondo con un’intensità di turbolenza all’uscita della sezione inferiore a 0.2%. Tali parametri erano il nostro target di progetto in quanto generalmente nei nostri test lavoreremo attorno ad una velocità 30 metri al secondo, circa 100 km orari, che è la velocità di crociera di questa tipologia di macchine volanti in ambiente urbano. Inoltre, abbiamo appena terminato la qualifica acustica dell’impianto trovando dei valori di rumore di background in camera di prova in linea con le principali gallerie anecoiche mondiali utilizzate in ambito accademico.
Cosa viene testato, quindi, all’interno della galleria del vento anecoica?
Z: vogliamo andare a testare modelli scalati di propeller, di rotori o di macchine complete a decollo verticale: da un modello di propeller di un eVTOL in scala 1:5, fino ad arrivare a un modello di un velivolo eVTOL completo in scala 1:16, come il drone quadrirotore per il trasporto di persone che abbiamo sviluppato nell’ambito del MOST. Poi ovviamente sarà possibile testare anche altre cose, per esempio dal casco di una moto, ad un modello di ala di un aeroplano. Ma l’obiettivo primario per cui è stato progettato l’impianto, come dicevo, è la mobilità aerea urbana sostenibile, che è un asset di ricerca del nostro Dipartimento e del nostro gruppo di ricerca di Aeroacustica.
Cosa si intende nello specifico per “mobilità urbana sostenibile”?
Z: Come già accennato, parliamo del filone di ricerca sulle nuove macchine elettriche a decollo verticale. Sono velivoli che hanno lo scopo di decongestionare il traffico nei grandi agglomerati urbani permettendo ad esempio il collegamento aereo tra hub realizzati nei centri città oppure negli aeroporti.
E la questione “rumore” è fondamentale, visto che già chi vive vicino agli scali, soprattutto quelli in prossimità dei centri urbani, si lamenta… ed è proprio questo aspetto specifico che viene testato qui, giusto?
Z: Esatto. Immaginiamoci che queste macchine dovrebbero poter volare anche sui centri città, in ambiente urbano. Oltre alle prestazioni del velivolo, è necessario quantificare o migliorare l’impatto acustico di tali soluzioni che presentano l’utilizzo di numerosi rotori – se già un rotore di elicottero produce un livello di rumore molto alto, possiamo ben immaginare l’impatto acustico di diversi rotori che tra l’altro interagiscono anche tra di loro. Nel nostro impianto si potranno ovviamente realizzare anche misure puramente fluidodinamiche, ma possiamo andare a riprodurre una condizione ambientale anecoica con un flusso in movimento, appunto, in cui misurare l’effetto della segnatura acustica prodotta da modelli che riproducono queste architetture di velivoli.
Quanto è importante una simile struttura per la ricerca?
Z: Il vantaggio è avere a disposizione nello stesso gruppo di ricerca uno strumento allo stato dell’arte per l’indagine sperimentale in aggiunta alle capacità pregresse di modellazione numerica, il che ci porta ad essere un centro di eccellenza per lo studio dell’aeroacustica. Tali capacità sono rare anche a livello europeo: solo istituzioni accademiche di alto livello come ad esempio la TU Delft, o i grandi centri di ricerca aerospaziali come ONERA, il DLR o la NASA hanno capacità simili.
All’interno del MOST, la galleria del vento anecoica sarà anche al servizio delle altre università e dei loro ricercatori?
Z: Ci sono state già delle manifestazioni di interesse, ce ne aspettiamo altre dopo una presentazione pubblica delle caratteristiche tecniche dell’impianto, che avverrà alla maggiore conferenza mondiale di aeroacustica che si terrà a Bruxelles, a maggio. Abbiamo una serie di test case già provati nella galleria del vento classica dal punto di vista delle prestazioni aerodinamiche, che vogliamo testare anche nella galleria anecoica, tra cui il modello di quadrotor che è stato sviluppato proprio nell’ambito del MOST.
E, ovviamente, servirà anche alle aziende del settore.
Z: Collaboriamo già con diverse aziende che sviluppano eVTOL e facciamo dei test nella nostra galleria del vento. Forniamo il know-how politecnico a servizio dello sviluppo di questi velivoli per la mobilità sostenibile, ci occupiamo anche di sviluppare solutori numerici, adatti per la simulazione di macchine così complesse. La nuova galleria anecoica sarà un ulteriore strumento per indagare l’aspetto del rumore, fondamentale perché per l’accettazione sociale, senza la quale queste macchine non voleranno mai, pur essendo valide da un punto di vista tecnico.
Si dovrebbero anche seguire delle rotte predefinite per sorvolare sulle città, anche per questioni di sicurezza…
Z: all’inizio la sperimentazione di questi velivoli, che potrebbe vedere la luce già nei prossimi anni, seguirà delle tratte prestabilite, definite dalle compagnie aeree insieme agli enti di regolazione e controllo aeronautici. Si stanno progettando, per esempio, delle rotte negli Stati Uniti e negli Emirati Arabi che dovranno collegare i principali hub aeroportuali con le città – e poi si spera che con l’avanzare della tecnologia diventi un servizio fruibile per tutta la comunità. Sarà importante a tal fine che si raggiunga una certa accettabilità sociale riguardo il volo di tali macchine, definire i costi per i viaggi e le rotte più interessanti… I primi prototipi stanno già volando, tuttavia è necessario ottenere la certificazione alla navigabilità prima di vederli volare sui nostri cieli.
Quanto è vicina, nel prossimo futuro, una soluzione del genere? Ci sono già sperimentazioni su questo tipo di veicoli?
Z: Come dicevo, ci sono aziende che stanno già cercando di certificare i loro velivoli negli Stati Uniti, si parla dei primi servizi di volo entro i prossimi cinque anni. Tuttavia, in tutto il mondo centinaia di aziende o start-up stanno sviluppando nuovi prototipi, anche se le aziende che sono in fase di certificazione si possono contare sulle dita di una mano mentre le altre sono ancora in fase di progettazione. In un’ipotetica mobilità futura sostenibile tutti questi veicoli saranno elettrici, ma sono diverse le questioni da risolvere prima che ciò sia possibile, e non tutte necessariamente di carattere tecnico. Infatti, l’aspetto della logistica, legato ai percorsi di volo, ma soprattutto ai luoghi dove queste macchine potranno atterrare e decollare e, soprattutto, ricaricarsi, i cosiddetti “vertiporti” è ancora in fase preliminare. A tal proposito il DAER sta costruendo un suo “vertiporto” sul tetto di uno dei nuovi buildings che ospiteranno i suoi nuovi laboratori. Speriamo di poter dare un contributo forte alla realizzazione di questa rivoluzione in ambito aeronautico.
Il MOST ha ricevuto finanziamenti dal programma Next-Generation EU dell’Unione Europea (PIANO NAZIONALE DI RIPRESA E RESILIENZA (PNRR) – MISSIONE 4 COMPONENTE 2, INVESTIMENTO 1.4 – D.D. 1033 17/06/2022, CN00000023).