Grande simulatore di cielo con illuminamenti reali

Questo spiega perché esistano nel mondo molti simulatori di cielo, realizzati nelle più svariate tipologie e dimensioni. Le analisi svolte in essi sono però normalmente solo qualitative o con grandezze scalate.
Ricreare invece condizioni di illuminazione realistiche in termini di prestazioni riproducibili, diventa fondamentale nella valutazione del dis-comfort visivo di particolari situazioni. Si pensi ad esempio alle esigenze del progetto di un cruscotto automobilistico o ancor più alle prove di leggibilità della strumentazione sugli aerei in quota, soprattutto di quelli militari che hanno abitacoli con coperture interamente trasparenti.
Secondo normative internazionali, tali display aeronautici devono essere valutati e approvati dai test pilot con la loro presenza effettiva in cockpit veri e nelle condizioni definite di illuminazione. Per chi progetta e costruisce questi strumenti l’esecuzione di tali prove può significare far decollare più volte l’aereo alla ricerca della luce naturale standard. A fronte di una ripetibilità veramente scarsa si hanno quindi costi delle prove elevatissimi.
Alenia Aeronautica, importante azienda del settore, ha deciso di superare questa difficoltà realizzando appositamente un simulatore in grado di riprodurre, direttamente intorno ad un vero aereo, le condizioni illuminotecniche del volo a 30.000 piedi. L’ufficio di ricerca e sviluppo della Targetti Sankey Spa ha progettato e realizzato il sottosistema lighting del simulatore, ovvero il cuore del sistema.
Lo Sky Light Simulator di Alenia
Il simulatore è costituito da più parti, riproducenti ognuna le varie componenti della luce naturale sia durante il giorno che la notte, quali il proiettore del sole, la componente diffusa del cielo, il sistema luna/stelle.
Il cielo
É costituito da un insieme di 191 pannelli luminosi di grandi dimensioni a lampade fluorescenti,
disposti sulla faccia interna di una semisfera di diametro 12 metri e altezza 10 metri. Il centro di quest’ultima è a 3 metri di altezza ed è il punto in cui durante le prove si viene a trovare la testa del pilota a bordo dell’aereo che viene parzialmente introdotto nel simulatore.
Le sorgenti utilizzate sono fluorescenti compatte tipo TC-L a 5400K ed elevata resa cromatica, alimentate da reattori dimmerabili. Ogni pannello è suddiviso internamente da 4 sottounità alimentate e controllate indipendentemente allo scopo di aumentare le possibilità di graduazione nell’accensione della volta.
Le caratteristiche fondamentali della pannellatura sono il livello di luminanza fornito e le sue uniformità e continuità. La luminanza può variare con continuità fino ad oltre le 10.000
cd/m2, valore standard attribuito al cielo sereno. La superficie dei pannelli è costituita da un diffusore opalescente che garantisce il compromesso ottimo tra un buon rendimento ottico dell’apparecchio e una uniformità di almeno il 10% (intesa come deviazione standard dei valori di luminanza su una griglia di punti di passo 5 x 5 cm).
Per tappezzare perfettamente la superficie interna della sfera sono state progettate 8 forme diverse di pannelli, una per ogni livello o parallelo della volta.
Grandi difficoltà sono state incontrate per garantire una sufficiente uniformità di illuminazione all’interno del pannello con sagome esterne molto irregolari.
La densità di sorgenti installate all’interno di ogni pannello è decisamente inusuale, arrivando fino a 92 lampade (e 3200W di potenza elettrica) per pannelli di superficie media di 1,5 m2.
A causa della grande potenza dissipata e della possibilità di avere nella cupola atmosfera resa possibilmente esplosiva dai vapori di combustibile del velivolo, si è dovuto dotare ogni pannello di un circuito interno di ricambio di aria fresca (circa 400 m3/ora di aria depurata a 20°C).
Il sole
Il proiettore del sole è montato su un braccio meccanico lungo oltre 9 metri, che con un movimento a due assi di rotazione può far assumere alla sorgente ogni posizione intorno al velivolo.
Lo scopo del proiettore è duplice: da una posizione posteriore, riprodurre l’effetto dei raggi diretti sul cockpit; da una posizione anteriore, ricreare l’aspetto del disco solare che viene a trovarsi nel campo visivo del pilota.
Il simulatore di sole fornisce una fascio di apertura 24 gradi da una bocca di uscita pari alle dimensioni apparenti del sole alla distanza di 5 metri (60 mm di diametro) e un illuminamento pari a 150.000 lux su una zona di 4 m2 al centro della semisfera.
La sorgente usata è una lampada a scarica HMI 12000W GS da 6000K e 1.150.000 lm prodotti.
Nella progettazione del proiettore si dovuto identificare una soluzione che rispondesse alle varie esigenze e problematiche, di:
– dimensioni esterne, che devono essere le più piccole possibili per interferire al minimo con lo sfondo dei pannelli;
– isolamento elettrico durante la fase di accensione della lampada, con tensioni fino a 70KV;
– blocco e dissipazione dei 1200W di raggi UV e dei 4200W di raggi infrarossi prodotti;
– mantenimento della lampada in posizione orizzontale, poiché queste lampade non possono essere usate con inclinazioni dell’asse superiori a 15 gradi;
– rendimento ottico necessario di almeno il 52%;
– cambio colore con sistema portafiltri.
Per il sistema di filtraggio delle radiazioni non luminose, ad esempio, si utilizza un particolare metodo di deviazione selettiva dei fasci in corso di brevetto.
La condizione notturna
Nello Sky Light Simulator si simuleranno anche le condizioni di volo notturno per il test degli
strumentazione con i night vision goggle od occhiali ad intensificazione di immagine. In questa gli strumenti di bordo devono adeguare la loro luminanza in modo da non arrecare disturbo alla guida e nel riconoscimento di opportuni target.
Per implementare la condizione, l’intera volta sarà rivestita da una tenda perfettamente assorbente (per creare il buio assoluto) e verranno accesi proiettori capaci di creare sull’aereo illuminamenti compresi tra quello corrispondente al cielo coperto con luna nuova (0,0001 lux) e quello del cielo sereno con luna piena (0,1 lux).
Conclusioni
Per finalizzare più adeguatamente le sue specifiche di progetto, Alenia Aeronautica ha
definito 4 worst cases da implementare, ovvero i quattro peggiori scenari illuminotecnici in cui è possibile immaginarsi a bordo di un caccia in volo.
Tutti questi possono essere riprodotti all’interno dello Sky Light Simulator, un grande strumento la cui costruzione ha impegnato un team di varie aziende per oltre tre anni consecutivi, ma le cui applicazioni spazieranno ancora e con certezza dovranno essere ulteriormente studiate e approfondite.
 
* Andrea Donnini
Laureato a Firenze in ingegneria elettronica. Durante la tesi di laurea, svolta presso Targetti Sankey Spa, ha sviluppato un sistema innovativo di progetto di riflettori per l’illuminotecnica.
In Targetti dal 1996, per alcuni anni responsabile del laboratorio fotometrico, si occupa adesso di ricerca e innovazione, di progettazione e sviluppo di ottiche, della gestione di grandi progetti speciali.

Tratto dal convegno internazionale “Luce e Architettura”, oganizzato dall’AIDI

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