INSTABILITA` DA FLUTTER

Theodor Von Karman: "Alcune persone temono il flutter perche` non lo comprendono, mentre altre lo temono perche` lo comprendono".

L'instabilita` da flutter e` uno dei fenomeni piu` complessi che riguarda la cosiddetta aeroelasticita`, una disciplina che studia l'interazione tra aerodinamica e struttura di un velivolo (ma anche di ponti o grattacieli) e che da` un bel po' di problemi agli studenti di ingegneria aerospaziale.

Cerchero` di semplificare il piu` possibile, evitando di utilizzare equazioni, anche se per comprendere a fondo questo fenomeno, servirebbe un po' di matematica.

Come ben sappiamo, un velivolo e` un corpo che viaggia immerso in un fluido, l'aria. L'aria e` in grado di generare delle forze sulla struttura le quali ci permettono di sostentare e controllare il velivolo.

Contrariamente a quanto si possa pensare, la struttura di un aereo, specie l'ala, ha una sua flessibilita`, che fa si che quando l'aria genera delle forze sulla struttura, non solo l'aereo si muove, ma la sua struttura si deforma.

Gli aerei moderni hanno ali molto flessibili, il Boeing 787 ha raggiunto, in fase di test, 8 metri di spostamento in punta. Impressionante!

Concentriamoci sull'ala, anche se il discorso vale per l'intera struttura.

Un'ala, oltre a flettere, in generale, vibra. Le sue vibrazioni dipendono da molti fattori: possono generarsi in fase di rullaggio, possono essere trasmesse dai motori, oppure generate da raffiche o turbolenza.

Il flutter e` un fenomeno che si verifica quando l'ala inizia a vibrare ad una precisa frequenza mentre il flusso d'aria che investe l'ala supera una precisa velocita`. Quello che succede e` che l'ala inizia a vibrare in modo instabile. L'ampiezza delle oscillazioni continua ad aumentare incontrollatamente in frazioni di secondo, disintegrando completamente la struttura.

https://www.youtube.com/watch?v=egDWh7jnNic

Dal momento che il flutter non deve essere nemmeno lontanamente raggiungibile, la struttura di un aereo viene progettata affinche` la velocita` a cui questa andrebbe in flutter sia una velocita` che il velivolo non dovra` mai avere la necessita` di raggiungere. Per mantenere un certo margine di sicurezza, sull'anemometro, che e` lo strumento su cui il pilota legge la velocita`, si mette una tacca rossa per indicare la velocita` che non deve mai essere superata, per nessuna ragione al mondo. (VNE, velocity never exceed).I primi eventi di flutter non furono compresi, e venivano descritti come delle esplosioni di cui non si riusciva a dare una spiegazione.

I test di flutter

I piloti collaudatori che effettuano i test di flutter in volo sono tra i piu` esperti e vengono pagati molto bene, trattandosi del test piu` pericoloso necessario alla certificazione di un velivolo. In questo test, l'ingegnere di terra e` in comunicazione con il pilota, al quale chiede di aumentare la velocita` del velivolo step-by-step, e ad ogni step viene chiesto di effettuare delle manovre particolari con le quali mettere in vibrazione la struttura (per esempio, dando un pugno molto rapido alla cloche facendo muovere impulsivamente l'equilibratore, la superficie mobile posta sul piano di coda orizzontale). Sulla struttura si posizionano degli accelerometri, sensori con i quali e` possibile misurare accelerazioni. Quindi, con essi possiamo misurare in che modo la struttura vibra quando il pilota esegue il comando richiesto. Quando si raggiunge una velocita` per cui si nota, in base alle misure degli accelerometri, che ci si sta avvicinando al flutter, ci si ferma e non si procede oltre.

Durante il test, le misure degli accelerometri vengono costantemente confrontate con i risultati ottenuti dalle simulazioni numeriche (le simulazioni fatte al computer) effettuate in fase di progettazione. Se i risultati del test combaciano con quelli delle simulazioni numeriche, allora il test sara` stato positivo.

L'evento catastrofico piu` famoso generato dal flutter fu il crollo del ponte Tacoma, nel 1940. Il ponte era stato inaugurato pochi mesi prima.

https://www.youtube.com/watch?v=XggxeuFDaDU

Sembrerebbe un ponte di carta, ma si tratta di un normalissimo ponte in cemento armato. Il caso volle che il vento inizio` a spirare ad una precisa velocita` ed il ponte a vibrare ad una precisa frequenza, tali per cui si genero` flutter. Questo fu un gravissimo errore di previsione della velocita` delle raffiche da parte dei progettisti.

Il flutter e` uno dei motivi per cui il ponte di Messina e`, dal punto di vista ingegneristico, un'opera estremamente complessa.

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