Un generatore di vorticità in Leghe a Memoria di forma

Lo scopo del presente lavoro è lo studio di un sistema mobile di generatori di vorticità (VGs – Vortex Generators) da applicare a superfici alari e finalizzati all’energizzazione dello strato limite in condizioni di volo ad alta incidenza. I fenomeni di separazione dello strato limite tipici di tali condizioni di volo insorgono sull’estradosso del profilo alare, a causa di un gradiente avverso di pressione ed incidono pesantemente sulla resistenza e sulla portanza aerodinamica. Per questo motivo l’utilizzo di metodi di controllo dello strato limite è utile quando l’incremento di resistenza risulta eccessivo o quando è necessario evitare decrementi di portanza. Al fine di posticipare tale fenomeno si può prevedere l’induzione di un flusso turbolento prima della separazione mediante l’introduzione di discontinuità geometriche sulla superficie del corpo. Gli attuali metodi di controllo dello strato limite sono i VG, ovvero piccole estensioni aerodinamiche posizionate in prossimità del punto di transizione tra flusso laminare e turbolento, tipicamente con altezze pari all’80% dello spessore dello strato limite. Il loro scopo è quello di creare dei vortici di estremità che generino un rimescolamento dell’aria dal flusso esterno con quello più lento nello strato limite, riducendo quindi gli effetti del gradiente negativo di pressione e prevenendo la separazione. Tali condizioni consentono l’aumento della pendenza della curva di portanza, la riduzione delle velocità di stallo (7-21%) ed il miglioramento delle caratteristiche di manovrabilità. D’altra parte, l’utilizzo dei VG presenta lo svantaggio di far lavorare l’ala con un flusso sempre turbolento in qualsiasi condizione di volo, incrementando la resistenza viscosa. Inoltre tali estensioni fisse sono efficaci solo in una particolare condizione di volo, mentre risultano deleterie in altri casi. Per questo si è pensato di realizzare un dispositivo mobile in Leghe a Memoria di Forma (SMA) che permetta l’utilizzo dei VG solamente nella fase di volo in cui sono necessari. I componenti realizzati in SMA sono dotati della particolarità di memorizzare una forma preimpostata tramite appositi trattamenti termici. In particolare, se deformati meccanicamente a bassa temperatura (fase martensitica), hanno la abilità di recuperare, grazie ad una trasformazione di fase, la loro forma originale quando sottoposti ad un carico termico. Nel presente lavoro viene investigata l’applicazione di SMA ad attuatori per la movimentazione intelligente di VG. Il sistema è composto da due molle, una in SMA ed una in acciaio: la variazione della rigidezza della molla in SMA, che accompagna la variazione di forma indotta da un carico termico, permette ai VG il movimento di apertura e chiusura sulla superficie alare. In particolare, la relazione tra le rigidezze delle molle deve essere del tipo km