I jet passeggeri del futuro supereranno la... “prova del rumore”?

Il rumore degli aerei è spesso un fastidio per le persone che vivono in prossimità degli aeroporti e delle rotte di volo e, nel peggiore dei casi, anche un pericolo per la salute: dai disturbi del sonno alle malattie cardiovascolari.

Secondo un rapporto dell’Agenzia Europea dell’Ambiente, nel 2017 circa quattro milioni di persone in Europa sono state esposte a livelli eccessivi di rumore causati dagli aerei.

I nuovi tipi di aeromobili con corpo alare misto (in sigla BWB), la cui fusoliera si fonde perfettamente con le ali, i quali sono altresì dotati di una minore resistenza all’aria e un consumo inferiore di carburante, sono visti come un faro di speranza per alleviare anche questo fardello.

Inoltre, essi genererebbero minori emissioni acustiche verso il suolo se i motori fossero montati in cima alla fusoliera.

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Nel cuore del progetto europeo ARTEM per le configurazioni di aeromobili del 2035 e 2050

L’ARTEM (Aircraft Noise Reduction Technologies and related Environmental iMpact), un importante studio dell’Unione Europea sul rumore degli aerei, è un progetto di ricerca quinquennale iniziato alla fine del 2017 e incentrato sulle tecnologie innovative di riduzione del rumore per le configurazioni di aeromobili del 2035 e 2050.

In primo luogo, sono stati sviluppati approcci innovativi per ridurre il rumore degli aerei alla fonte.

In secondo luogo, il progetto si è occupato di concetti per smorzare efficacemente il rumore del motore e altre fonti di rumore utilizzando nuovi materiali.

Le nuove tecnologie hanno portato alla progettazione di un futuro jet con un corpo alare misto.

Il progetto su larga scala ha coinvolto 24 partner di dieci Paesi europei, tra cui l’Office National d’études et de Recherches Aérospatiales (ONERA) francese e il Centro Aerospaziale Tedesco (DLR), che ha coordinato il progetto, l’Università di Roma III in Italia, e il Politecnico Federale di Losanna.

L’ARTEM è stato finanziato nell’ambito del programma Horizon 2020 dell’UE.

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L’auralizzazione creata in laboratorio: al lavoro Reto Pieren, Axel Heusser e Beat Schäffer

Sebbene le emissioni acustiche di questi velivoli possano essere stimate con strumenti di simulazione, il loro effetto disturbante e stressante sulle persone può essere registrato realisticamente soltanto tenendo conto della percezione soggettiva di chi ne è colpito.

Gli esperti di acustica del Laboratorio Federale di Prova dei Materiali e di Ricerca perseguono da anni con successo l’approccio della cosiddetta “auralizzazione” per le impressioni uditive, analoga alla visualizzazione per l’occhio, ad esempio per studiare gli effetti del rumore ferroviario sulle persone.

Reto Pieren, Axel Heusser e Beat Schäffer del Laboratorio di Acustica e Controllo del Rumore dell’EMPA hanno utilizzato questa esperienza anche nel progetto europeo ARTEM (Aircraft Noise Reduction Technologies and related Environmental iMpact), in cui numerosi partner hanno sviluppato concetti per aereoplano a lungo raggio a bassa rumorosità, con un BWB appositamente progettato e diverse varianti di motore.

Il consorzio ha preso in considerazione anche altre tecnologie di riduzione del rumore, come il bordo d’uscita con “flap Krüger” ottimizzati o i moderni propulsori turbofan a ingranaggi, con un ampio rapporto tra il flusso d’aria esterno alla camera di combustione e il flusso d’aria del getto di scarico caldo, che riduce significativamente il rumore.

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Esperimenti molto elaborati nell’AuraLab con persone di età compresa tra i 18 e i 61 anni

Come si comporterebbero questi nuovi aerei a lungo raggio per circa 400 passeggeri rispetto agli aerei convenzionali?

Il team del Laboratorio Federale di Prova dei Materiali e di Ricerca ha pubblicato i risultati sulla rivista “Aerospace Science and Technology”.

Basandosi sulle leggi della fisica, gli esperti hanno generato simulazioni del rumore dei sorvoli delle aree abitate in modo puramente sintetico, utilizzando programmi informatici.

Hanno verificato queste simulazioni con le registrazioni degli attuali arrivi e partenze dei velivoli commerciali intorno all’aeroporto di Zurigo.

Poiché il rumore simulato corrispondeva bene ai dati misurati, è stato possibile utilizzarlo per il confronto con le simulazioni del nuovo concetto di aeromobile BWB.

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A 31 persone di età compresa tra i 18 e i 61 anni chiesto se disturbati oppure infastiditi

Per determinare quanto le emissioni acustiche dei vari velivoli di linea disturbino le persone quando li sorvolano, 31 persone di età compresa tra i 18 e i 61 anni hanno partecipato a esperimenti piuttosto elaborati nell’AuraLab dell’EMPA.

Le simulazioni spaziali degli altoparlanti, disposti con precisione, comprendevano, dopo una fase iniziale di familiarizzazione, 36 sorvoli: decolli e atterraggi di tipi di aerei convenzionali e innovativi, ciascuno in diverse fasi di volo.

Questi scenari di rumore includevano anche dettagli come la posizione dei flap o del carrello di atterraggio, nonché condizioni atmosferiche, come turbolenze o riflessioni del suono al suolo.

Dopo l’esperimento, i soggetti hanno compilato dei questionari in cui hanno riportato le loro impressioni soggettive, utilizzando una scala comune e standardizzata a 11 punti che va da 0 (“per nulla disturbato o infastidito”) a 10 (“estremamente disturbato o infastidito”).

È anche chiesto quanto familiare fosse per loro il rispettivo evento sonoro.

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Il BWB è stato valutato 4,3 unità meno rumoroso rispetto al jet passeggeri convenzionale

I risultati: il nuovo aereo BWB è valutato 4,3 unità meno rumoroso rispetto al jet passeggeri convenzionale.

Si tratta di una differenza evidente, dovuta anche al fatto che l’aereo virtuale della simulazione era dotato di tecnologie aggiuntive di riduzione del rumore o di motori a emissioni particolarmente ridotte.

Inoltre, dai sondaggi è emerso che i decolli di questo tipo di aereo hanno lasciato un’impressione sonora che è sembrata meno familiare ai partecipanti, indice di caratteristiche acustiche insolite, le quali probabilmente influiscono positivamente sulla percezione del fastidio.

Naturalmente, è difficile prevedere quale variante di velivolo BWB prevarrà in futuro, date le numerose ipotesi possibili.

Secondo il ricercatore dell’EMPA Reto Pieren, una cosa però è certa.

“Il contributo maggiore alla riduzione del rumore proviene senza dubbio dalla forma dell’aereo, che scherma le emissioni sonore del motore verso il basso”, afferma l’esperto di acustica.

“Le altre tecnologie di riduzione del rumore rappresentano soltanto il 15 per cento circa della riduzione del fastidio”.

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