IL PROGETTO AEROMAT

ARS01_01147 – “Impiego di tecnologie, materiali e modelli innovativi in ambito aeronautico”

Obiettivi e finalità del progetto

In linea con le priorità individuate dall’Unione Europea (UE) e dall’Organizzazione Internazionale dell’Aviazione Civile (ICAO), che dettano gli standard minimi di sicurezza, il progetto è focalizzato sul binomio aviazione-sicurezza. L’obiettivo principale è lo sviluppo di soluzioni tecnologiche innovative nei settori della modellistica ambientale applicata all’aviazione, dei materiali da costruzione e dei dispositivi impiegati in Unmanned Aerial Vehicles (UAV), con specifico riferimento agli aeroporti di Catania, Comiso, Reggio Calabria e Napoli.

Tra le problematiche che interessano il settore aeronautico, merita di essere messo in evidenza l’impatto che determinati fenomeni – quali nubi di ceneri vulcaniche, sospensioni di sabbie desertiche ed eventi meteorologici estremi – hanno sulle infrastrutture aeroportuali. A ciò bisogna aggiungere il peso che tali eventi hanno sui materiali impiegati e le criticità derivanti dall’esposizione di dispositivi elettronici a radiazioni ionizzanti alle più alte quote.

Con il fine di migliorare la qualità delle previsioni inerenti lo spazio aereo e il deposito al suolo di polveri vulcaniche, si intende sviluppare un sistema di modellizzazione integrato, finalizzato a fornire dati che consentano di ottimizzare l’operatività aeroportuale, al verificarsi di tali fenomeni. Tale sistema integrerà dati vulcanologici con dati meteorologici, previsti da modelli ad alta risoluzione, allo scopo di ottenere sia la previsione di fenomeni atmosferici pericolosi (quali grandine, turbolenze e wind-shear), sia stime quantitative sul trasporto di polveri sottili, sabbie desertiche e ceneri vulcaniche, in atmosfera e come deposito al suolo.

Per le misure in quota verranno utilizzati tre radar doppler e due lidar, cui saranno affiancati stazioni mobili e droni, equipaggiati con sensori. Il prodotto finale del progetto, costituito da un software, sarà sottoposto all’Ente Nazionale per l’Aviazione Civile (ENAC), per ottenere la certificazione aeronautica.

L’implementazione del modello risponde, altresì, alle esigenze del territorio e potrà costituire un fattore importante per il suo sviluppo, generando occupazione e offrendo una base dalla quale potranno trovare terreno fertile altre iniziative. Le informazioni prodotte dal modello, infatti, saranno in grado di fornire un prezioso supporto sia alle società di gestione aeroportuale, particolarmente interessate dalle predette criticità, sia ad altri stakeholder del territorio, specie nell’ambito della Pubblica Amministrazione (e.g. Protezione Civile, Servizi Agro-informativi, etc.).

Project goals and objectives

The project focuses on the aviation-safety twin, in line with the priorities identified by the European Parliament and by the International Civil Aviation Organization (ICAO), which set the minimum safety standards. The main objective is to develop innovative technology solutions in the fields of environmental modeling applied to aviation, of materials and devices used in Unmanned Aerial Vehicles (UAV), with specific reference to the airports of Catane, Comiso, Reggio Calabria and Naples.

In particular, among the issues affecting the aeronautics sector it should be mentioned the impact that phenomena such as clouds of volcanic ashes, desert sand suspensions and extreme weather events have on airport infrastructures; in addition it should be taken into account the impact on the materials used and, at the highest quotas, the criticalities arising from the exposure of electronic devices to ionizing radiation.

With the aim of improving the quality of forecasts for airspace and for volcanic ash deposition, it is planned to develop an integrated modeling system designed to provide data that will optimize airport operations when these phenomena occur. This system will include volcanological data with weather data extracted from high resolution models in order to obtain both prediction of dangerous atmospheric phenomena such as hail, turbulence and wind-shear, and quantitative estimates on the transport of fine dust, desert sands and volcanic ashes in the atmosphere and as deposit on the ground.

For measures in atmosphere, three doppler radars and two lidars will be used together with mobile stations and drones equipped with sensors. The final project product, constituted by a software, will be submitted to the National Civil Aviation Authority (ENAC) in order to obtain aeronautical certification. The model development meets the needs of the area and can be an important factor for its development by generating employment and by providing a basis for other initiatives to find fertile ground.

In fact, the information provided by the model will provide valuable support to both aerodrome management companies affected by these issues and to other stakeholders in the area, such as public administration entities (e.g. Civil Protection, Agro-information Services).

OR 1 – Phasing delle attività del progetto

Tipo di attività:
– Ricerca Industriale

Soggetti coinvolti:
– Etna Hitech S.C.P.A.
– Ieeng Solution s.r.l.
– Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia
– CONSORZIO PER LA PROMOZIONE DELLA CULTURA PLASTICA – PROPLAST
– S.A.C. Società Aeroporto Catania S.p.A
– Sielte S.p.A.
– Università degli Studi di CASSINO e del LAZIO MERIDIONALE
– Università degli Studi di MESSINA
– Università degli Studi di NAPOLI “Parthenope”
– Università degli Studi “Mediterranea” di REGGIO CALABRIA

Durata in mesi:
6

L’attività proposta per questo OR riguarda le misure che interessano la fase di start del progetto (dal primo al sesto mese). Queste includono il phasing delle attività, la condivisione dei requisiti e delle aspettative e l’ottimizzazione in itinere, necessari per garantire il raggiungimento degli obiettivi entro i limiti di tempo e di budget prefissati.

Data la natura altamente multidisciplinare del progetto – che ingloba competenze specifiche in settori diversi, da convogliare in un’unica linea direttrice per il conseguimento di un obiettivo comune – risulta essenziale l’organizzazione di un tavolo di condivisione delle attività. In questa sede verranno approfondite le metodologie di approccio e di lavoro, l’armonizzazione tra le attività di tutti i partner (aziende ed enti di ricerca). Il controllo dello stato di avanzamento del progetto, attraverso l’organizzazione di riunioni tra i partner, sia in presenza che telematicamente, nonché tramite costante attività di reporting, saranno fondamentali per mantenere allineate tutte le risorse coinvolte nel progetto.

Durante questa prima fase, inoltre, sarà importante scandire la suddivisione delle competenze, sì da valorizzare le specificità di ogni partner. Nell’ambito di tale step, la Società Aeroporto Catania (SAC) si occuperà di definire le specifiche tecniche per la realizzazione di un sistema di visualizzazione del plume vulcanico, prodotto dall’ETNA, o del trasporto eolico di sabbie desertiche, in grado di interessare le aree aeroportuali delle aerostazioni controllate di Catania e Comiso.

Scopo del sistema sarà quello di fornire, con un margine di preavviso adeguato, informazioni sul possibile verificarsi di ricadute di cenere vulcanica sulle aree aeroportuali. Il sistema dovrà, inoltre, prevedere il verificarsi del fenomeno del trasporto di sabbia desertica attraverso il Mediterraneo ed il conseguente deposito sulle zone di interesse aeroportuale.

The proposed activity for this OR concerns with the measures that affect the start-up phase of the project, from the first to the sixth month, and includes the phasing of the activities, the sharing of requirements and expectations, and the optimization of the itinerary in order to ensure achievement goals within the established time and budget limits. In fact, in view of the multidisciplinary nature of the project, which incorporates specific competences in different fields to be channeled into a single guideline for achieving a unique goal, it is important to organize a sharing table of activities. In this context, approaches and work methodologies, harmonization between the activities of business partners and research organizations will be dealt. Controlling the progress of the project, organizing meetings among partners, both in presence and via web and reporting, will be crucial to keep all the resources involved in the project aligned. It is important during this first phase the division of competences in order to enhance the specificities of each partner.
During this phase, Catania Airport Society (SAC) will be responsible for defining the technical specifications for the construction of a volcanic plume visualization system produced by the Etna or the desert sandwheel transport that could affect airport areas controlled by Catania and Comiso. The purpose of the system will be to provide, within an appropriate time, information about the possible occurrence of volcanic ash relapse on airport areas. The system should also include the occurrence of desert sand transport across the Mediterranean and the resulting deposit on areas of airport interest.

OR 2 – Sviluppo di una catena modellistica meteo – ambientale per la stima dell’impatto delle ceneri vulcaniche e delle sospensioni di sabbie desertiche

Tipo di attività:
– Ricerca Industriale
– Sviluppo Sperimentale

Soggetti coinvolti:
– Università degli Studi di NAPOLI “Parthenope”
– Etna Hitech S.C.P.A.
– Ieeng Solution s.r.l.
– Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia
– S.A.C. Società Aeroporto Catania S.p.A
– Sielte S.p.A.
– Università degli Studi di MESSINA
– Università degli Studi “Mediterranea” di REGGIO CALABRIA

Durata in mesi:
30

L’attività inerente tale OR, della durata complessiva di 30 mesi, è suddivisa in diversi step: configurazione del cluster di macchine preposte allo sviluppo della catena modellistica ad alta risoluzione spaziale e temporale; sviluppo della catena modellistica; sviluppo ed ottimizzazione di prodotti di monitoraggio atmosferico e di nowcasting; sviluppo dei protocolli di trasmissione dati; produzione operativa degli output del sistema integrato.
Si inizierà con l’analisi dei requisiti hardware e software, la ricognizione dello stato dell’arte e la definizione delle specifiche tecniche per lo sviluppo e l’integrazione del centro di calcolo e della eventuale sensoristica, delle modalità di networking e di trasmissione/scambio dei dati, tra i soggetti coinvolti. In questa fase verranno valutate le potenze di calcolo necessarie all’elaborazione del modello meteorologico, tenendo conto dell’estensione del dominio spaziale, della risoluzione ottimale e degli eventuali nesting, del numero di RUN giornalieri da elaborare e della velocità di trasferimento degli input/output generati. Tutte queste informazioni serviranno a stabilire l’architettura del centro di calcolo, ottimizzandolo e dimensionandolo, in funzione delle necessità richieste dal progetto. Tra le soluzioni possibili rispetto al requisito hardware, quella del cluster di calcolatori dotati di processori multi-core, appare la più idonea a fornire la potenza di calcolo necessaria, consentendo di disporre di più macchine che garantiscano flessibilità, ridondanza e continuità nelle operazioni.
Completata la configurazione della struttura di calcolo, l’installazione e il test dei software applicativi, si passerà all’ottimizzazione del modello Weather Research and Forecast (WRF). Questa fase terrà conto delle specificità dei territori ricadenti all’interno dei domini di calcolo.
Il contributo dell’Università di Messina per questo specifico task, riguarderà il dominio geografico siciliano che include la presenza di due vulcani attivi, Etna e Stromboli e degli aeroporti di Catania, Comiso e Reggio Calabria, di cui alla Circolare ENAC GEN-04B, del 30.10.2014, riguardante l’operatività dei predetti aeroporti e degli spazi aerei ad essi associati, in presenza di attività eruttiva del vulcano Etna.
Tenuto conto del ruolo nel fornire informazioni per la sicurezza del traffico aereo, l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) sarà coinvolto nello sviluppo di algoritmi per la validazione delle mappe di ricaduta, attraverso i dati misurati dai nodi sensoriali e di integrazione nei modelli predittivi dei dati misurati mediante un sistema di controllo in retroazione. L’INGV coordinerà, inoltre, la messa in opera della rete di monitoraggio, interagendo con i tecnici della SAC (società di gestione dell’aeroporto di Catania), attraverso l’analisi dei dati raccolti nel periodo di test e validando il sistema di monitoraggio.
L’Università degli Studi di NapoliParthenope” collaborerà mediante lo sviluppo di un sistema integrato di monitoraggio e previsione delle condizioni atmosferiche e della qualità dell’aria, focalizzato sulle aree aeroportuali della regione Campania (Napoli Capodichino e Salerno-Costa d’Amalfi).
L’orografia complessa delle aree oggetto di studio suggerisce l’utilizzo di dati digitali del terreno, alternativi rispetto allo standard rilasciato dal WRF, mediante sostituzione con dati DEM ad alta risoluzione. Saranno, altresì, sostituiti i dati statici di uso del suolo standard dell’USGS, con quelli ad alta risoluzione, rilasciati dal consorzio Europeo CORINE. La realizzazione del sistema integrato prevede l’implementazione di un modello meteorologico ad alta risoluzione spaziale e temporale, basato sul modulo WRF. Tale modello sarà inizializzato mediante l’innovativa tecnica di assimilazione dati in quattro dimensioni (4D-VAR). Il modello di previsione meteorologica sarà accoppiato ad un modello in grado di simulare l’emissione, la trasformazione e la dispersione di gas, aerosol e cenere. Il sistema predittivo che si intende sviluppare, pertanto, potrà rivelarsi di particolare utilità in caso di emissioni vulcaniche da parte dell’Etna o da eventuale attività del Vesuvio e dei Campi Flegrei, nonché in caso di incendi boschivi.

Development of a meteorological modelling chain. The activity includes the analysis of the hardware and software requisite, state of the art and definition of the specific techniques for the development and integration of the computer centre and the devices, rules of networking and data transmission/exchange between the involved subjects. In this phase it will be evaluated the necessary computer powers requirement in order to perform the elaboration of the meteorological model, keeping in mind the extension of the spatial domain, the optimal resolution and the possible nesting, the number of daily RUN’s and the speed of input/output data transmission. All these information will be necessary to establish the architecture of the computer centre that will be optimized and sized to support the necessities required by the project. With respect to the hardware requisite, the best-identified solution is the multi-core computer cluster, able to provide the necessary computer power and the flexibility due to the availability of a number of computers useful to guarantee redundancy and continuity.
Optimization of WRF model. This phase will start after the complete configuration of the computer centre and the installation and test of the main software. The model optimization phase has to take account the territory specificity of the geographic domain and the maxima grid spacing of the model output. The role of the University of Messina for this specific task, will concern the Sicilian geographic domain that includes the presence of two active volcanos, Etna and Stromboli and the airports of Catania, Comiso, Sigonella and Reggio Calabria, all included in the document ENAC GEN 04B having for object “Operations of the airports of Catania Fontanarossa, Comiso and Reggio Calabria and the associated air space in presence of eruptive activity of the volcano Etna”. The researchers of INGV will be involved in the activities of algorithm development to validate the fall-out maps, using the measured data coming from instruments and sensor. Furthermore they will coordinate the installations of monitoring network in cooperation with SAC (airport management society of Catania) due the role of INGV to provide information for fly safety.
The University of Naples “Parthenope”, aims to develop an integrated system for the monitoring and prediction of atmospheric conditions and air-quality, focused on the airport zones of Campania Region (Naples Capodichino and Salerno-Costa d’Amalfi). The complex orography of the area subject to study, suggests to use alternative high-resolution terrain digital data instead of the standard data released with WRF model. The USGS standard land use data will be also replaced with CORINE high-resolution data. The development of the integrated system foresees the set-up of a high spatial and temporal resolution atmospheric prediction model, based on Weather Research and Forecasting (WRF) module. The latter willmbe initialized through the innovative four-dimensional variational data assimilation technique (4D-VAR). The weather forecast model will be coupled with a module designed for the simulation of emission, conversion and spread of gas, aerosols and ash. The proposed predictive system will be thus particularly helpful in case of volcanic emissions from Etna or from the activity of Vesuvio and Campi Flegrei, as well as in the event of forest fire.

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OR 3 – Sviluppo di una piattaforma per misure meteo-ambientali in alta atmosfera

Tipo di attività:
– Ricerca Industriale
– Sviluppo Sperimentale

Soggetti coinvolti:
– Sielte S.p.A.
– Università degli Studi di MESSINA
– Università degli Studi di NAPOLI “Parthenope”
– Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia
– Università degli Studi “Mediterranea” di REGGIO CALABRIA

Durata in mesi:
25

L’attività inerente tale OR, della durata di 28 mesi, sarà suddivisa nelle fasi di sviluppo del drone tipo moto-aliante per volo in alta atmosfera, sviluppo di nuovi materiali e processi per sensori di SO2, realizzazione e validazione dei sensori in ambito di laboratorio, sviluppo del codice per la pianificazione del volo e settaggio dell’autopilota, integrazione dei sensori nel drone e sperimentazione operativa in campo, campagne di misure sull’Etna.
Il particolato litico emesso in atmosfera da un vulcano durante l’attività esplosiva, raggiunge quote di diversi chilometri di altezza. Il volo attraverso una nube contaminata può causare gravi danni agli aeromobili (abrasione, fusione e solidificazione, corrosione). Per questo motivo, la regolamentazione ICAO qualifica le polveri e i gas vulcanici come uno dei maggiori rischi per il traffico aereo.
Le misurazioni meteo-ambientali alle alte quote sono difficili, a causa della difficoltà di raggiungimento di tali altitudini e della minimizzazione dell’influenza che il sistema di campionamento ha sul volume di aria interessato dalla misura. Una soluzione ottimale può trovarsi nell’utilizzo di un drone tipo moto-aliante, non pilotato, portato in quota da un pallone per radiosondaggio atmosferico (GliderSonde). Tale metodologia, peraltro, possiede il vantaggio di raggiungere le quote d’interesse con un consumo energetico praticamente nullo, nonché di acquisire i dati relativi al profilo atmosferico già durante l’ascesa. Un siffatto sistema potrà essere realizzato in modo da consentire un iter di misurazioni ben delineato: a) la GliderSonde sarà lanciata insieme al pallone aerostatico, come per un comune radiosondaggio; b) raggiunta la quota programmata, l’aliante sarà rilasciato, arrivando alla zona da misurare; c) gli strumenti a bordo inizieranno le misurazioni delle ceneri e dei gas, inviando, in tempo reale, i dati acquisiti alla stazione ricevente; d) il drone, usando il motore, procederà ad un punto di ripristino predeterminato. La pianificazione del lancio sarà eseguita grazie ad un algoritmo che determinerà l’esatto punto di lancio e la quota di rilascio del drone.
La procedura di lancio dovrà preliminarmente essere concordata con gli organi aeronautici competenti, anche al fine dell’emissione di un NOTAM, con meno di 24 ore di anticipo. Per l’alimentazione del drone sarà realizzato un prototipo a fuel cell.
Il drone sarà configurato per il trasporto di sensori, in grado di misurare le grandezze fisiche più significative di una nube contaminata da cenere vulcanica. Quelli più adatti a questo fine sono i sensori conduttometrici a basso consumo e con dimensioni ridotte, prefigurandosi come sistemi ad elevata potenzialità per il monitoraggio di gas. La notevole semplicità costruttiva e operativa, infatti, rende questi dispositivi compatibili con la miniaturizzazione necessaria per l’integrazione in sistemi di ridotte dimensioni. In questa fase saranno sviluppati sensori conduttometrici innovativi di SO2, di piccole dimensioni e bassi consumi di potenza. Tra la sensoristica aviotrasportabile rientrerà anche un contatore di particelle Light Optical Aerosol Counter (LOAC) che misura 20 classi granulometriche tra 0.4 m e 100􀀀m. A bordo del drone verranno, inoltre, installati sensori per altre misure atmosferiche, come temperatura, umidità, pressione e velocità del vento. Grazie al GPS – che funzionerà anche da localizzatore, – tutti i dati saranno trasmessi real-time sulla banda dedicata all’attività di radiosondaggio, per essere raccolti da una base station.
Lo sviluppo del sistema di sensori sarà testato inizialmente, su un velivolo ultraleggero, per effettuare campagne di misura nel plume gassoso, continuamente emesso dell’Etna (principalmente SO2). In questo modo, sarà possibile testare l’intero sistema di misura in condizioni operative. Dopodiché saranno perfezionate le procedure di lancio per fare sì che il drone raggiunga, durante l’attività esplosiva del vulcano, le zone di interesse. Con le sue frequenti eruzioni esplosive, caratterizzate da emissione di imponenti nubi di ceneri vulcaniche (oltre 200 negli ultimi 35 anni), l’Etna permetterà di condurre, con un’alta probabilità, le campagne di misura in spazi aerei contaminati da cenere vulcanica. In ogni caso, nell’eventualità che non ci siano eruzioni nell’arco temporale di durata del progetto, le attività di preparazione delle missioni consentiranno, all’INGV e ai partner del progetto, di poterle effettuare con successo anche in seguito.

The lithic particulate emitted into the atmosphere by a volcano during explosive activity affects the altitude up to several kilometres above sea level. For this reason, ICAO defines volcanic particles and gases as one of the major risks of air traffic. The meteo-enviromental measures at high altitudes are difficult due to the achievement of those altitudes and the minimization of the influence that the sampling system has on the volume of air affected by the measure. An optimal solution would seem to be to use a small motor-glider type drone brought at high altitude by a balloon for atmospheric sounding (GliderSonde). Using a sounding balloon would allow us to achieve the altitudes of interest (and much more) without consumption of energy, allowing moreover, with the typical instrumentation used for atmospheric sounding, the acquisition of the data related to the atmospheric profile already during the ascent. A system like this it can be realized using the following measurement procedure: a) the glidersonde is launched with the balloon, similar to the normal atmospheric sounding activity; b) reached the programmed position the drone will be released and it reaches the area to be measured; c) the instruments on board will start the ash and gas measurement and all the acquired data will be sent in real-time to a receiving station; d) after the measurement set the drone using its engine will proceed to a predetermined recovery point. Ad hoc algorithms to determine the launch point and the altitude to release the glider will be developed in order to correctly plan the launch. The launching process, in agree with the air traffic control agency, allows the activation of a NOTAM launch with less the 24 hours in advance. For fueling the drones, a fuel cell supply will be prototyped.

Sensors for meteo-enviromental measures in high atmosphere.
The drone will be able carry on a very light OPC specific for atmospheric sounding, called LOAC (Light Optical Aerosol Counter) able to measure up to 20 granulometric classes in 0.4􀀀m and 100􀀀m range. The miniaturized and low power consumption conductivity sensors are prefigured as high potentiality systems for gas monitoring. The great constructive and operational simplicity make these sensors compatible with the miniaturization necessary to the integration in low dimensions systems. The project foresees in this phase the development of innovative conductimetric sensors of SO2 of small dimensions and low power consumption. In addition to sensors for atmospheric measurements, such as temperature, humidity, pressure and wind speed, through the GPS that will also work for localization, transmitting all the data in real-time over the radiosonde band to be collected from a base station.

Measurement campaigns in volcanic ash contaminated airspace.
The system of sensors will be first installed on an ultralight aircraft to test the instrumental combinations during measurement of gaseous plume continuously emitted from Etna (mainly SO2), allowing us to test the entire measurement system under operating conditions, after which will be tuned the launch procedures of the drone for reaching the areas of interest during the explosive activity of the volcano. Etna volcano with its frequent explosive eruptions that issues large clouds of volcanic ash, over 200 episodes in the last 35 years, will allow the measurement campaigns in volcanic ash contaminated airspace, during the project duration, with a high probability. However, in case of no eruptions during the project the mission preparation activity will allow the INGV and project partners to perform it successfully afterward.

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OR 4 – Studio e lo sviluppo di materiali e dispositivi che fanno riferimento ai droni esposti a condizioni ambientali degradanti e ad irraggiamento di neutroni e particelle cariche

Tipo di attività:
– Ricerca Industriale
– Sviluppo Sperimentale

Soggetti coinvolti:
– Università degli Studi di CASSINO e del LAZIO MERIDIONALE
– Università degli Studi di MESSINA
– CONSORZIO PER LA PROMOZIONE DELLA CULTURA PLASTICA – PROPLAST

Durata in mesi:
19

L’attività proposta per questo OR, suddivisa nelle fasi di sviluppo del drone tipo moto-aliante per volo in alta atmosfera e sviluppo di nuovi materiali e processi per sensori di SO2, della durata complessiva di 19 mesi, riguarda lo studio e lo sviluppo di materiali e dispositivi da impiegare nella realizzazione di droni esposti a condizioni ambientali degradanti e ad irraggiamento di neutroni e particelle cariche. In particolare, sulla base delle indicazioni fornite dalle fasi precedenti, verranno individuati i materiali da impiegare nella realizzazione di prototipi di UAV, con il precipuo obiettivo di ridurre il peso complessivo, garantendo un’adeguata resistenza strutturale. Dapprima i materiali individuati saranno caratterizzati dal punto di vista microstrutturale. Successivamente, saranno svolte prove meccaniche di trazione, flessione e torsione, sia in campo statico, sia dinamico. Verranno presi in considerazione, in modo particolare, materiali compositi, a migliorata resistenza alle polveri vulcaniche, che possono costituire una valida alternativa ai materiali attualmente in uso. Verranno, altresì, testate tipologie di fibre di rinforzo e matrici polimeriche diverse, nonché laminazioni ottimizzate, sia per mantenere elevate prestazioni meccaniche, in base ai capitolati del settore, sia per elevare la resistenza all’abrasione da polveri (vulcaniche e non) e alla degradazione termica.

Individuate le tipologie di materiali per la loro realizzazione, si procederà allo sviluppo delle lightweight structures. La progettazione meccanica sarà svolta con l’ausilio di simulazioni numeriche, mediante l’utilizzo di codici di calcolo agli elementi finiti e di dinamica molecolare. La resistenza meccanica delle strutture lightweight verrà validata sia in condizioni statiche, sia dinamiche. Saranno utilizzate tecniche di indagine a campo intero (quali Digital Image Correlation e Termografia ad Infrarossi) e tecniche locali (estensimetri), per valutare i campi di deformazione, le variazioni di temperatura e la presenza di eventuali zone di concentrazione delle tensioni. Saranno, inoltre, realizzati modelli agli elementi finiti che verranno validati dai dati sperimentali. Al fine di verificare che non vi siano punti di concentrazione delle tensioni, dovuti localmente alla geometria o alla finitura superficiale del prototipo, sarà effettuata una procedura di failure analysis sulle superfici di frattura, attraverso Microscopia Ottica (OM) ed Elettronica a Scansione (SEM), accoppiata all’analisi elementale con sonda EDS. Infine, verrà investigato il comportamento dei dispositivi elettronici esposti a irraggiamento di neutroni e particelle cariche. È ben noto come l’irraggiamento da neutroni causi effetti che possono essere distruttivi o transitori, ovvero degradazione cumulativa a lungo termine, o modifiche della struttura atomica. In questo contesto, l’irraggiamento su dispositivi elettronici può fornire un valido test di affidabilità e durata. Tali effetti incidono sull’affidabilità, sul rendimento e sul funzionamento, generando malfunzionamenti temporanei e/o danni irreversibili del componente coinvolto: i c.d. Single Event Effects (SEE). Garantire alti livelli di tolleranza a SEE dovuti a neutroni atmosferici è di fondamentale importanza. In questo quadro di riferimento, i dispositivi elettronici che equipaggeranno i droni verranno irraggiati con sorgenti portatili, a bassa energia, inferiore a 15 MeV e a flussi di 2 x 108 n/sec, con sorgenti stazionarie e con sorgenti impulsate di neutroni, fino ad energie pari a 800 MeV. Il trattamento sarà realizzato con neutroni e particelle cariche, sia con fasci collimati, sia con fasci isotropici, per il testing di sistemi estesi. Sarà possibile eseguire test di durata e affidabilità a velocità altamente accelerata, rispetto all’ambiente reale. Gli effetti strutturali e dinamici, indotti dall’irraggiamento, verranno analizzati mediante tecniche spettroscopiche complementari. Ciò permetterà di sviluppare strategie e metodi per mitigare gli effetti dell’irraggiamento e di incrementare affidabilità e durata dei dispositivi.

The proposed activity for this OR deals with the study and the development of materials and devices, concerning drones, when exposed to degrading environmental conditions and irradiation of neutrons and charged particles. In particular, based on the indications given in the previous steps, the materials to be used in UAV prototypes will be identified with the aim of reducing the overall weight by ensuring an adequate structural strength. The identified materials will be at first characterized both from the microstructural point of view; later mechanical, tensile, flexion and torsional tests will be performed on both static and dynamic test. Particularly composite materials will be considered for improved resistance to volcanic dust, which can be a valid alternative to the materials currently in use. Various types of reinforcement fibers and different polymer matrices will be tested as well as laminates optimized to maintain high mechanical performance in accordance with industry specifications and to ensure that dust abrasion resistance (volcanic and non-volcanic) is high and thermal degradation.
Identified the types of materials for the realization of ultralight structures, lightweight structures will be developed. The mechanical design of lightweight structures will be carried out with the aid of numerical simulations by using calculation codes for the finite elements. The mechanical resistance of lightweight structures will be validated both in static and dynamic conditions. Full-field investigation techniques (Digital Image Correlation and Infrared Thermography) and local techniques (strain gauges) will be used to evaluate the fields’ deformation, the temperature variations and the presence of any stress concentration zones. Finite elements models will be made that will be validated by the experimental data. In order to verify that there are no concentrations of tension due locally to the geometry or surface finish of the prototype, a failure analysis will be performed on the fracture surfaces through Optical Microscopy (OM) and Electronic Scan (SEM) coupled to the elemental analysis with the EDS probe. Finally, the behavior of electronic devices when exposed to neutron and charged particles irradiation will be investigated. It is well-known that neutron irradiation causes effects that can be destructive or transient, long-term cumulative degradation, or changes in the atomic structure. In this context, irradiation on electronic devices can provide a valid test of reliability and durability. These effects affect reliability, performance, and operation, resulting in temporary events and/or irreversible damage to the affected component, the so-called Single Event Effects (SEE). Ensuring high levels of SEE tolerance due to atmospheric neutrons is of almost importance. In this framework, the electronic devices that will equip the drones will be irradiated with portable, low energy sources, less than 15 MeV and with a flux of 2 x 108 n/sec, with stationary sources and pulsed neutron sources, up to equal energies a 800 MeV. The treatment will be carried out with neutrons and charged particles, both with collimated beams and with isotropic beams for the testing of extended systems. It will be possible to perform long-life and reliability tests at high speeds with respect to the real environment. The structural and dynamic effects induced by the irradiation will be analyzed by complementary spectroscopic techniques. This will allow to develop strategies and methods to mitigate the effects of irradiation and increase device reliability and durability.

OR 5 – Valorizzazione dei risultati della ricerca industriale e di sviluppo sperimentale mediante la diffusione degli esiti più rilevanti delle attività scientifiche, tecnologiche e industriali realizzate durante l’intero periodo progettuale

Tipo di attività:
– Sviluppo Sperimentale

Soggetti coinvolti:
– Etna Hitech S.C.P.A.
– Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia
– CONSORZIO PER LA PROMOZIONE DELLA CULTURA PLASTICA – PROPLAST
– S.A.C. Società Aeroporto Catania S.p.A
– Sielte S.p.A.
– Università degli Studi di CASSINO e del LAZIO MERIDIONALE
– Università degli Studi di NAPOLI “Parthenope”
– Università degli Studi “Mediterranea” di REGGIO CALABRIA
– Ieeng Solution s.r.l.
– Università degli Studi di MESSINA

Durata in mesi:
30

L’attività è finalizzata alla valorizzazione dei risultati della ricerca industriale e di sviluppo sperimentale, mediante la diffusione degli esiti più rilevanti delle attività scientifiche, tecnologiche e industriali realizzate durante l’intero periodo progettuale. La diffusione dei risultati ottenuti nell’ambito del progetto è fondamentale per la promozione delle soluzioni tecnologiche innovative analizzate e trovate. Al fine di ottimizzare il successo, le differenti attività di disseminazione devono prevedere un buon numero di azioni, indirizzate al network target di riferimento, grazie all’ausilio di una varietà di canali che non possono naturalmente prescindere dalla rete, ma che certamente si avvarranno anche dei metodi di divulgazione tradizionali, quali pubblicazioni, seminari e conferenze. La strategia di disseminazione deve sostenere gli obiettivi globali e le specifiche attività di Progetto e, in particolare, la pubblicazione dei risultati/output del progetto stesso. Le attività di promozione e di diffusione dei risultati, dunque, prevedono un articolato piano di comunicazione, coordinato dagli enti di ricerca, e finalizzato alla diffusione dei risultati. Le principali azioni, divise per macro categorie, saranno: a) Sito Web e attività on-line. Nei primi mesi di attività del progetto, sarà realizzato un portale web, via via implementato con i risultati raggiunti. Il sito conterrà la presentazione sintetica delle caratteristiche del progetto e la descrizione concisa dei risultati ottenuti. Grazie ad un linguaggio non tecnico, potrà fornire informazioni, che potranno anche essere d’ausilio ai diversi partner nelle rispettive attività di comunicazione istituzionale. Quali attività aggiuntive di divulgazione on-line, il partenariato avrà cura di realizzare anche pagine dedicate al progetto sui social più diffusi, al fine di attrarre il maggior numero di pubblico possibile, anche al di fuori del settore tecnico-scientifico. b) Convegni e Workshop. Tali eventi costituiscono il modo più tradizionale per presentare i risultati di progetti di innovazione e rappresentano un modo efficace e interattivo per discutere i risultati ed i possibili sviluppi futuri. Si avrà cura di organizzare almeno un convegno per ogni anno di attività progettuale. c) Pubblicazioni. Sono lo strumento classico per la divulgazione dei risultati, di solito integrato con seminari e conferenze. Le pubblicazioni, prevalentemente su accreditate riviste internazionali, saranno guidate dagli enti di ricerca che pianificheranno gli argomenti e la loro calendarizzazione. d) Seminari ed Eventi. Si tratta di strumenti efficaci per presentare gli output, così come per stabilire nuovi contatti con potenziali stakeholder. I risultati finali saranno presentati nel corso di un evento pubblico che consentirà di far conoscere la piattaforma ai diversi stakeholder, come aziende ed enti pubblici, con cui poter definire nuovi protocolli che sfruttino appieno le potenzialità del progetto.
Il piano di comunicazione prevede, altresì, l’utilizzo di ulteriori strumenti e canali per la condivisione e la diffusione dei risultati, on-line e off-line. Tra i primi, i) il citato portale web sarà integrato con un piano di divulgazione sui canali social più diffusi, come Facebook, Youtube, Instagram, Twitter. Inoltre, ii) sarà creata una app informativa, attraverso cui offrire un quadro sullo stato d’avanzamento del progetto, nonché generare una community di stakeholder. Nell’ambito della diffusione off-line, invece, saranno predisposte iii) inserzioni sulla stampa specializzata, sia in formato promozionale che come articoli redazionali, dedicati al lavoro ed alle fasi di sviluppo del progetto.
Alla guida delle predette azioni saranno posti un Comitato Scientifico ed un Comitato Tecnico.

The activity aims to enhance the results of industrial research and experimental development through the dissemination of the most important results of the scientific, technological and industrial activities carried out throughout the entire period. The dissemination of the results obtained within the project is crucial for the promotion of the technological solutions that are found. The success for different dissemination activities has to go through a number of actions towards the network target, with a variety of network channels but also of more traditional media such as publications, seminars and conferences. The dissemination strategy must support the overall objectives and specific project activities, and in particular the publication of the results / outputs of the project itself. Promotion and dissemination activities provide for an articulated communication plan coordinated by research institutions and aimed at disseminating results. The main actions can be divided into macro categories: a) Website and online activities; a web portal will be created that will allow to summarize the features of the project and to describe the results obtained. The website will contain descriptions in a non-technical language that can be used by the different partners in their respective institutional communication activities. The site’s implementation will be set up and completed in the first few months, so that the project execution can be followed on the site. In addition to the website, the partnership will take care of social pages. b) Conferences and Workshops; are the most traditional way to present the results of innovation projects. These events represent an effective and interactive way to discuss the results and possible future developments. It is planned to arrange at least one conference for each year of project activity. c) Publications; they represent another way for dissemination of results, usually integrated with seminars and conferences. Publications, on accredited international journals, will be led by research bodies that will plan not only the topics but also their calendarization. d) Seminars and Events; effective for presenting outputs, as well as for establishing new contacts with potential stakeholders. The final results will be presented during a public event that will allow the platform to be presented to the various stakeholders involved as companies and public entities for the definition of new protocols that fully exploit the potential of the project.
The communication plan includes the following tools and channels for sharing and disseminating results:
• On-line: Through the aforementioned web portal of presentation integrated with a dissemination plan on the most popular social channels such as Facebook, Youtube, Instagram, Twitter;
• On-line: Through an informative app that gives one a picture of the project progress and is able to create a community interested in project activities;
• Off-line: with advertisements in the specialized press both in a promotional format, as editorial articles devoted to the performed work and to the project development phases.
To guide all these actions, two committees, one scientific and one technical, will be defined.

Enti finanziatori

Partner

EtnaHitech S.C.p.A

www.etnahitech.com

Università degli studi di MESSINA

www.unime.it

logo INGV

Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia

www.ingv.it

S.A.C. Socieà Aeroporto Catania S.p.A.

www.aeroporto.catania.it

Sielte S.p.A.

www.sielte.it

Università degli Studi “Mediterranea” di REGGIO CALABRIA

www.unirc.it

Università degli Studi di CASSINO e del LAZIO MERIDIONALE

www.unicas.it

Ieeng Solution S.r.l.

www.ieengsolution.it

Università degli Studi “Parthenope”
di NAPOLI

www.uniparthenope.it

logo Proplast

PROPLAST – Consorzio per la Pomozione della Cultura Plastica

www.proplast.it

Documenti

WRF-Chem optimization for the estimation of Etna volcanic ash fallout