Ingegneria aerospaziale: l’aerodinamica e l’ingegneria del vento

L'ingegneria aerospaziale è una di quelle discipline che garantiscono le migliori possibilità di carriera e le più notevoli prospettive occupazionali. Insieme all'ingegneria meccanica è forse uno dei corsi più frequentati dagli studenti. La cosa più affascinante è il fatto che si snodi in una moltitudine di applicazioni in tutti i campi, con conoscenze che possono essere adoperate nei settori più disparati. Fra le specializzazioni e le sottodiscipline più interessanti, che vengono dall'ingegneria aerospaziale, c'è proprio l'aerodinamica, detta ingegneria del vento. Mekhan, oltre a offrire una moltitudine di corsi in materie stem quali meccatronica, fluidotecnica industriale, programmazione CNC ed energie rinnovabili, ha sviluppato, insieme al suo partner G.U.N.T., alcuni strumenti per approfondire le proprietà aerodinamiche. Parliamo di modelli e simulatori come

• la galleria del vento aperta;
• galleria del vento supersonica con ottica Schliren;
• trainer aerodinamico.

Vediamoli insieme ma, prima di tutto, cerchiamo di capire come l'ingegneria aerospaziale si colleghi all'aerodinamica e all'ingegneria del vento.

Ingegneria aerospaziale: la base dell'aerodinamica e dell'ingegneria del vento

L'ingegneria aerospaziale è un percorso che affascina da sempre: non soltanto tecnici e appassionati di materie scientifiche, ma anche persone dall'indole ambiziosa e sognatrice. Questo perché, pur trattandosi sempre di una branca dell'ingegneria, adatta soprattutto a chi mastica materie scientifiche, esplora possibilità concrete e all'avanguardia, che varcano spesso i confini del nostro pianeta e attraversano addirittura rotte spaziali. È una disciplina che unisce la scienza e la creatività nella progettazione di veicoli pensati per

• viaggiare nello spazio;
• per il trasporto aereo avanzato.

Va da sé che concetti come aerodinamica e ingegneria del vento diventino importanti nel campo della progettazione dei veicoli, dal momento che le loro leggi consentono di migliorarne prestazioni e qualità in rapporto alle leggi della fisica e alle proprietà di alcune forze esterne.

Di cosa si occupa l'ingegneria aerospaziale e come si collega all'ingegneria del vento?

Il motivo per cui l'ingegneria aerospaziale mostra una connessione tanto stretta con l'aerodinamica e l'ingegneria del vento è il fatto che si occupa della progettazione di veicoli. In particolare:

• il miglioramento e l'implementazione delle loro prestazioni e capacità di locomozione;
• l'interazione fra materiali e agenti esterni.

Come dicevamo, l'ingegneria spaziale non si occupa soltanto di veicoli aerei -di velivoli, come li chiamava il poeta Gabriele D'Annunzio- ma si divide sostanzialmente in due branche, ognuna delle quali ha a che fare con la progettazione di determinati veicoli.

• Ingegneria aeronautica, incentrata sullo sviluppo di aeromobili;
• ingegneria spaziale, veicoli destinati a viaggiare nello spazio.

Ingegneria aerospaziale: cosa si studia e cosa fa un ingegnere aerospaziale?

Si tratta di un percorso scientifico volto a formare professionisti nella progettazione di veicoli a uso militare e civile, satelliti e stazioni spaziali. L'ingegnere aerospaziale deve essere in grado di occuparsi anche di tutti quegli aspetti legati alla produzione, la manutenzione e le conoscenze tecnico-commerciali del settore. Le materie su cui si diventa esperti sono quelle di base fra gli studenti di ingegneria -fisica, matematica, informatica, termodinamica- e quelle più specifiche del settore -analisi motori, strumenti di bordo, elettronica dei veicoli e scienza dei materiali. Di solito, il percorso include corsi triennali e magistrali, a cui seguono stage e tirocini aziendali, oltre ovviamente all'esame di Stato per l'iscrizione all'albo. Lavorare come ingegnere aerospaziale prevede poi corsi di aggiornamento continuo: si tratta di un settore in continua evoluzione, sempre soggetto all'andamento tecnologico. Qualora si volesse lavorare veramente come astronauta, inoltre, sono richiesti altri requisiti, che vengono stabiliti direttamente dall'Agenzia spaziale nazionale.

Le origini storiche dell'ingegneria aerospaziale

Ma da dove viene l'ingegneria aerospaziale? Individuare le origini storiche di questa materia può essere utile per capire quanto sia legata all'evoluzione tecnologica e all'andamento della storia. I primi accenni di ingegneria spaziale possiamo trovarli già in Leonardo da Vinci da, nelle sue affascinanti macchine volanti, che mai videro una realizzazione concreta. Già allora, però, vennero individuati principi scientifici sulla base dei quali progettare velivoli. La prima macchina in grado di volare fu una mongolfiera, e vide la luce nel lontano 1783. Da questo momento in poi, i velivoli sono diventati sempre più sofisticati.

• Gli zeppelin, nella prima metà del XX secolo.
• Il primo aereo, nel 1903, a opera dei fratelli Wright.
• Sempre nel XX secolo: diffusione degli aeromobili in ambito militare e civile e, nella seconda metà del secolo, la conquista dello spazio con velivoli aerospaziali.
• Anche dalla progettazione dei famosi missili V1 e V2 nazisti, da parte di Wernher von Braun, si sono sviluppate conoscenze scientifico-militari che hanno permesso il trasporto di testate esplosive.

Il settore è in continuo aggiornamento, visto lo sviluppo di nuove tecnologie e le conquiste intraprese nell'esplorazione spaziale.

Ingegneria aerospaziale: aerodinamica al servizio della sostenibilità

Negli ultimi tempi, il dibattito ecologico sulla sostenibilità ambientale ha attraversato anche il settore dell'ingegneria aerospaziale, dimostrando ancora una volta come quest'ultimo sia in costante evoluzione. L'Unione europea ha messo in atto un progetto di clean aviation: con la progettazione di aerei ibridi, ad alimentazione elettrica o a idrogeno, e con materiali leggeri e sostenibili. L'ingegnere spaziale di oggi, quindi, dovrà dimostrarsi esperto anche in questo nuovo campo e lo studio delle leggi dell'aerodinamica e dell'ingegneria del vento potranno essere messe al servizio di velivoli sempre meno impattanti verso l'ambiente.

Aerodinamica: di cosa si tratta e perché è tanto connessa con l'ingegneria aerospaziale?

La parola aerodinamica deriva dal greco:

• Aero: aria;
• Diynamis: forza.

È una scienza che ha come oggetto il comportamento di un corpo solido in interazione con l'aria e altri gas in movimento. Come scienza, deriva dalla fluidotecnica che abbiamo già affrontato -la meccanica dei fluidi- e si dimostra molto importante non soltanto in relazione ai veicoli aerei e su terra, ma anche altre discipline come ad esempio la meteorologia e addirittura lo sport.

Aerodinamica: cosa studia?

I principi dell'aerodinamica, in origine, sono stati studiati ancora una volta da Leonardo da Vinci, e sviluppati, grosso modo, sulla falsariga dell'ingegneria aerospaziale, dai fratelli Wright in particolare. A essere studiate sono le forze che agiscono su un corpo in maniera aerodinamica; questo col sostegno delle equazioni di Navier-Stokers che analizzano, appunto, il moto dei fluidi in relazione a fattori come pressione, viscosità e velocità del fluido. Le forze che intervengono principalmente su un corpo in movimento sono

• portanza, che riguarda più da vicino i veicoli in volo e si riferisce alla differenza di pressione fra l'intradosso e l'estrodosso dell'ala;
• resistenza, causata dall'attrito e dalla turbolenza, e si riferisce alla forza che si oppone al movimento di un corpo per mezzo dell'aria.

Mekhan e l'aerodinamica

Con il suo partner G.U.N.T., Mekhan offre alcuni macchinari e simulatori che permettono di studiare da vicino le proprietà e le leggi dell'aerodinamica, simulando, in speciali gallerie, il movimento del vento attorno a un corpo. Da tempo impegnata nella formazione, Mekhan mette a disposizione materiale didattico per simulazioni laboratoriali in varie materie stem, impegnata in una didattica pratica e concreta, basata sul learning by doing. Questi strumenti possono essere molto utili per chiunque volesse erogare corsi di formazione in fluidotecnica industriale e ingegneria aerospaziale, approfondendo le leggi e i principi dell'aerodinamica con modelli e simulazioni sul campo. Questi strumenti sono

• Galleria del vento aperta. Il modello è di tipo Eiffel e permette, tramite simulazioni del flusso del vento, di acquisire dati rispetto alla portanza, le distribuzioni di pressione, l'analisi dello strato limite e la visualizzazione delle linee di flusso.
• Galleria del vento supersonica con ottica Schlieren: anche questa, una galleria aperta di tipo Eiffel che studia le proprietà dei vari corpi di resistenza, simulando un flusso sonico o supersonico. È possibile, nella sezione relativa alla misurazione, usare pareti intercambiabili per una velocità di flusso fino a Mach 1,8. Con l'ottica Schlieren, è consentita l'osservazione diretta del flusso e dei fronti d'urto.
• Trainer aerodinamico: questo modello consente di svolgere esperimenti in merito ai modelli di flusso, anche nel campo del flusso costante incomprimibile. Un ventilatore radiale può essere utilizzato per generare velocità di flusso fino a 40 m/s.

Vieni a trovarci per visitare le nostre aule di laboratorio e questi macchinari. Il modello di galleria del vento HM 170: l'immagine è stata estratta dal sito della Gunt.