Droni militari che cambiare forma durante il volo

Secondo una nuova ricerca presentata al Forum aeronautico AIAA, l'esercito degli Stati Uniti sarà presto in grado di distribuire veicoli aerei autonomi ( droni ) che potranno cambiare forma durante il volo.

I ricercatori, in collaborazione con il U.S. Army's Combat Capabilities Development Command's Army Research Laboratory e la Texas A&M University, hanno pubblicato i risultati di uno studio biennale sull'interazione fluido-strutturale. La loro ricerca ha portato a uno strumento che sarà in grado di ottimizzare rapidamente la configurazione strutturale per i veicoli del futuro ad elevazione verticale, tenendo adeguatamente conto dell'interazione tra aria e struttura.

Entro il prossimo anno, questo strumento sarà utilizzato per sviluppare e ottimizzare rapidamente i veicoli Future Vertical Lift in grado di cambiare forma durante il volo, ottimizzando così le prestazioni del veicolo attraverso diverse fasi del volo.

Il dottor Francis Phillips, (1) un ingegnere aerospaziale che presta servizio presso il laboratorio scientifico, spiega: «Particolari missioni di sorveglianza, Intelligence e ricognizione hanno bisogno di un veicolo capace di raggiungere rapidamente la stazione, o precipitare, o tentare di rimanere in stazionamento il più a lungo possibile. In certe circostanze sono desiderabili ali corte per andare veloci ed essere più manovrabili, ma in altre circostanze le ali lunghe sono desiderabili per consentire voli a bassa potenza e alta resistenza. Questo strumento consentirà l'ottimizzazione strutturale di un veicolo in grado di tale morphing tenendo conto della deformazione delle ali dovuta all'interazione fluido-struttura. Una preoccupazione per questa tipologia di veicoli è trovare un equilibrio tra rigidità e morbidezza di flessione sufficienti per consentire il morphing. Se l'ala si piega troppo, i benefici teorici del morphing potrebbero risultare compromessi e anche portare a problemi di controllo e instabilità.»

Le analisi di interazione fluido-struttura in genere richiedono l'accoppiamento tra un fluido e un solutore strutturale. Questo, a sua volta, significa che il costo computazionale per queste analisi può essere molto elevato - nell'intervallo di circa 110,000s core hours - per una singola configurazione fluida e strutturale.

Per superare queste sfide, i ricercatori hanno sviluppato un processo che disaccoppia i solutori fluidi e strutturali, che può ridurre il costo computazionale per una singola corsa dell'80%.

L'analisi di ulteriori configurazioni strutturali può essere eseguita anche senza dover verificare nuovamente il fluido a causa di questo approccio disaccoppiato, che, a sua volta, genera ulteriori risparmi sui costi di calcolo, portando a più ordini di riduzioni di grandezza dei costi di calcolo quando si considera questo metodo in un quadro di ottimizzazione.

Negli ultimi 20 anni, ci sono stati progressi nella ricerca sulla trasformazione dei veicoli aerei, ma ciò che differenzia gli studi dell'esercito è il suo sguardo all'interazione fluido-struttura durante la progettazione del veicolo e l'ottimizzazione strutturale.

Il dottor Francis Phillips afferma: «Questa ricerca avrà un impatto diretto sulla capacità di generare futuri veicoli da destinare nei conflitti bellici. Riducendo il costo computazionale per l'analisi delle interazioni fluido-strutturali, l'ottimizzazione strutturale dei futuri veicoli con elevazione verticale potrà essere realizzata in un arco di tempo molto più breve.»

Secondo Phillips, nel momento in cui sarà implementato in un quadro di ottimizzazione e associato alla produzione additiva, il futuro bellico sarà in grado di fruire di questo strumento per produrre veicoli aerei personalizzati e ottimizzati per essere impiegati in particolari missioni.

Il dottor Francis Phillips ha presentato questo lavoro in un documento intitolato Uncoupled Method for Massively Parallelizable 3-D Fluid-Structure Interaction Analysis and Design. Il lavoro è stato redatto dai dottori del laboratorio Todd C. Henry (2) e John Hrynuk, (3) così come il dottor Trent White dell'Università del Texas A&M, il dottor William Scholten e il dottor Darren Hartl.

Riferimenti:

(1) Francis Phillips

(2) Todd C. Henry

(3) John Hrynuk

Descrizione foto: Un soldato lancia l'aereo senza pilota ad ala fissa RQ-20A Puma. - Credit: Brian Chaney.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: New research leads to Army drones changing shape mid-flight