Voli e rotte protetti
dal software

Il volo e il mondo dell'aviazione hanno sempre esercitato un grande fascino sugli amanti della tecnologia. Non è un caso che a Napoli in occasione della scorsa edizione di Futuro Remoto 2017, nella splendida cornice di Piazza del Plebiscito, lo stand della Federico II dedicato al volo e agli aerei del futuro abbia riscosso un successo senza precedenti. Il simulatore di volo allestito per l'occasione dai ricercatori del DAF (Design of Aircraft and Flight technologies group, www.daf.unina.it) ne è stata l'attrazione principale e ha generato un vero e proprio tam-tam fra i visitatori per i quattro giorni dell'intera manifestazione, con più di cento voli simulati al giorno.

L'aspetto ludico della simulazione del volo è solo una delle tante applicazioni di questa importante disciplina dell'ingegneria aerospaziale. C'è un altro campo in cui la flight simulation, unitamente ai metodi della statistica, ha un ruolo determinante: quello delle regolamentazioni per la sicurezza delle operazioni aeree. Per valutare la sicurezza del volo, intesa anche come sicurezza delle aree geografiche interessate da traffico aereo a bassa quota e dalle altre attività dell'uomo, è spesso necessario stimare il rischio che un mezzo volante operante in condizioni critiche di avaria e in prossimità di un aeroporto possa impattare contro edifici o altri manufatti presenti sul territorio. Questo è un settore in cui i ricercatori del DAF/Federico II sono attivi da anni. Siamo in grado di valutare la probabilità di eventi critici o catastrofici generando automaticamente e con opportuni metodi statistici un numero elevatissimo di scenari di volo simulato. Sono queste le cosiddette «simulazioni Monte Carlo», con le quali si arriva talvolta a generare oltre un milione di possibili traiettorie di volo dalle quali stimare infine il rischio d'impatto. Nell'ambito di una collaborazione del Dipartimento di Ingegneria Industriale (DII) della Federico II con l'ente tedesco Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology (IWES), queste tecniche vengono oggi messe a punto per far sì che in futuro le normative internazionali di aeronavigabilità garantiscano maggiore sicurezza. Grazie alle enormi potenze di calcolo disponibili e alle risorse di cloud computing sempre più efficienti, è possibile far dialogare i software di simulazione del volo atmosferico con le sofisticate applicazioni di fluidodinamica computazionale. Questo è un esempio di ciò che si chiama oggi co-simulation. Sarà possibile effettuare milioni di co-simulazioni in tempi ragionevoli cosa impensabile solo qualche anno fa e individuare scenari di volo in prossimità di turbine eoliche in funzionamento che determinano sollecitazioni critiche per le strutture dei velivoli. Un'importante innovazione questa nel campo della flight safety, che potenzialità può tradursi in nuovi regolamenti che disciplinano il sorvolo di parchi eolici in prossimità di aeroporti, nelle più svariate condizioni di vento. 

Va ricordato che la ricerca e sviluppo industriale in ambito aerospaziale, fin dagli anni 60 del secolo scorso ma con una chiara accelerazione nell'era del calcolo parallelo e del computing distribuito, hanno determinato la fortuna della simulazione in tutte le sue numerose applicazioni odierne. Oggi si implementano modelli fisico-matematici così dettagliati e realistici dei velivoli che nella progettazione moderna si parla di «simulation based design». E quando il prototipo di un aereo è pronto per andare in volo, la simulazione interviene ad abbattere i rischi industriali. Viene allestito il cosiddetto iron bird, cioè un mock-up del velivolo con tutti i suoi sottosistemi funzionanti ma destinato a delle simulazioni di volo real-time in laboratorio dette harwdare-in-the-loop. Oggi viene verificata l'effettiva funzionalità e affidabilità degli impianti che governano gli aerei ad esempio, il movimento degli alettoni, dei flap o dei carrelli con delle vere e proprie missioni di volo simulato, ma senza che l'iron bird si stacchi mai da terra. Lo scopo è di eliminare il rischio, un tempo altissimo, di perdere hardware costosissimo in prove di volo al vero sui prototipi dei velivoli. L'innovazione in questo campo è uno dei fronti in cui la Federico II è impegnata nell'ambito del DAC, il Distretto Tecnologico Aerospaziale della Campania, in particolare con il progetto Cervia (Metodi di CERtificazione e Verifica Innovativi ed Avanzati, www.daccampania.com/portfolio/details/progetto-cervia/).

Una grande sfida sorge oggi nel design degli aeromobili, i cui requisiti sono scelti in base a criteri provenienti da diverse discipline (aerodinamica, strutture, stabilità e controllo, motori, avionica, acustica), tutte in relazione tra loro. È importante non solo collegare i modelli di simulazione dei sottosistemi fisici di un velivolo, ma anche gli esperti delle diverse discipline coinvolte, per combinare tutte le competenze e arrivare al miglior design possibile: la cosiddetta Multidisciplinary Design Optimization (MDO). È l'obiettivo del progetto europeo AGILE (H2020, www.agile-project.eu), coordinato dall'ente aerospaziale tedesco DLR in partnership con la Federico II e con, tra gli altri, l'italiana Leonardo Divisione Velivoli, il colosso Airbus e la canadese Bombardier. L'integrazione tra i diversi strumenti di simulazione e lo sviluppo di innovative infrastrutture tecnologiche per il design collaborativo piattaforme di calcolo e scambio dati distribuite in diversi punti geografici e collegate in rete rappresentano oggi per le aziende del settore aerospaziale degli elementi chiave per l'evoluzione verso nuovi modelli industriali. Si prevede che ciò porterà ad aeromobili progettati in meno tempo, con prestazioni migliori, più sicuri e ad un guadagno di rendimento del 40% rispetto agli aerei in servizio oggi.

Infine, un esempio molto rilevante, sia dal punto di vista tecnico-scientifico che giudiziario e sociale, è l'utilizzo della simulazione nelle perizie di ricostruzione degli incidenti aerei. Un caso giudiziario eclatante in cui la riproduzione virtuale dello scenario aereo ha fornito elementi di valutazione importantissimi è quello del disastro di Ustica, ancora oggi ritenuto scottante dopo 37 anni. Il 27 giugno 1980, infatti, la caduta di un velivolo DC9 della compagnia Itavia, in volo da Bologna a Palermo, provocò 81 vittime e sulle cause dell'incidente avvenuto nei cieli del Mar Tirreno esiste ancora oggi una controversia che non ha mai trovato il conforto di una verità giudiziaria definitiva. Eppure, sulla base delle odierne possibilità di modellazione avanzata della dinamica dei velivoli, con recenti simulazioni dello scenario di volo (cfr. processo civile Ustica Bis in Corte d'Appello di Palermo) si è potuta motivare la ragionevolezza dell'ipotesi di un abbattimento del DC9 da parte di agenti esterni' piuttosto che quella, meno inquietante dal punto di vista geopolitico ma ugualmente tragica, di un cedimento strutturale. 

* Università degli Studi di Napoli Federico II