Un potente attuatore piezoelettrico per il carrello di atterraggio degli aeromobili
Aumentare il numero dei sistemi aeromobili a propulsione elettrica ridurrebbe il peso dei velivoli, limitando di conseguenza il consumo di carburante e le emissioni nocive, a vantaggio dell’ambiente e dei costi sostenuti da compagnie aeree e consumatori. In particolare, i sistemi idraulici sono i principali candidati da sostituire con i componenti elettrici. «L’elettrificazione di questi sistemi riduce anche l’inquinamento e i tempi e i costi di manutenzione, poiché coinvolgono perdite di gasolio», afferma Alexandre Pages, coordinatore del progetto AUDACITY, finanziato dall’UE. AUDACITY ha progettato un dimostratore di un attuatore piezoelettrico compatto per future applicazioni di bloccaggio nei sistemi di carrelli di atterraggio, abbastanza potente da sollevare 35 kg.
Attuatori
Gli attuatori, o più semplicemente motori, sono le parti dei sistemi meccanici responsabili del movimento, che si ottiene, nel caso degli attuatori idraulici, convertendo l’energia generata dai fluidi in energia meccanica. AUDACITY desiderava progettare un attuatore elettrico responsabile del piccolo meccanismo di chiusura degli aerei che blocca il carrello di atterraggio in posizione e che viene abbassato per l’atterraggio o alzato per il volo. Il requisito tecnico del progetto era l’ottenimento di un rapporto potenza-peso elevato, coniugato a un meccanismo a corsa lunga. «La sfida, implicita nell’acronimo del progetto AUDACITY (in inglese «audacia»), è ottenere attuatori idraulici potenti ed efficienti, e quindi di successo», aggiunge Pages. La soluzione di AUDACITY si basa sulla tecnologia degli attuatori piezoelettrici, nei quali l’energia per alimentare i componenti meccanici proviene da una carica elettrica, generata da una sollecitazione meccanica. «Sebbene questo approccio piezoelettrico non fosse nuovo, ci siamo dovuti scontrare con una serie di limitazioni, ad esempio la stabilità termica, la velocità limitata, la gestione dell’energia e le interfacce a basso attrito», spiega Pages. «Abbiamo quindi combinato varie soluzioni per ogni problema, al fine di creare un dimostratore.»
Uno slancio verso l’alto
Il team coinvolto nel progetto ha collaborato con esperti (tra cui Francesco Massi, professore dell’Università di Roma) specializzati in tribologia, la scienza dell’attrito, presso l’ateneo partner del progetto. La capacità di gestire l’inevitabile attrito generato dagli attuatori è fondamentale per la loro affidabilità, soprattutto nel caso degli aeromobili che presentano requisiti di sicurezza stringenti. Il secondo requisito fondamentale per la progettazione era la gestione dei micromovimenti (compresi tra 10 e 100 micron) che potrebbero causare disallineamenti termomeccanici compromettendo l’affidabilità del sistema. Per conseguire questo obiettivo, il team ha collaborato con un altro partner, il centro di innovazione svizzero CSEM. Infine, era necessario fornire la potenza necessaria tramite l’elettronica. A questo scopo CEDRAT TECHNOLOGIES, la società che ha ospitato il progetto, ha fornito una soluzione basata su un amplificatore di commutazione, SA75D, che ha consentito di ottenere un’efficienza di conversione piezoelettrica elevata. Tale proposta può anche raccogliere energia tra un passo e l’altro del motore piezoelettrico, garantendo un design compatto e un basso consumo energetico. «Gli attuatori piezoelettrici generalmente non sono molto efficienti rispetto ad altre soluzioni convenzionali perché, per spostare grandi carichi utili, è necessaria un’elettronica potente. Sono convinto che il nostro team abbia progettato il motore piezoelettrico più potente al mondo. Abbiamo dimostrato la sua capacità di sollevare 35 kg a 10 millimetri al secondo in un’ampia gamma di temperature: una vera svolta», osserva Pages.
Rivolgersi ad altri mercati
AUDACITY contribuisce direttamente al concetto di More Electric Aircraft (velivoli maggiormente elettrici) e all’iniziativa Clean Sky dell’UE, entrambi volti a ridurre l’impatto ambientale dell’industria aeronautica. Il progetto apporta anche un contributo al rafforzamento della competitività europea lungo le catene di fornitura che sviluppano le tecnologie necessarie. L’attuatore piezoelettrico di AUDACITY rimane un prototipo iniziale, il cui progetto è stato già convalidato tramite collaudi in laboratorio, ma deve ancora raggiungere la fase di produzione e collaudo in ambienti operativi prima di poter essere immesso in commercio e utilizzato sugli aeromobili. Nel frattempo, CEDRAT sta valutando la possibilità di applicare la tecnologia in altri contesti. «Stiamo già utilizzando le singole tecnologie in altri mercati, ad esempio nel programma per l’energia di fusione nucleare ITER, e stiamo indagando la possibilità di impiegarle in telescopi estremamente grandi, dove è necessario spostare ottiche molto pesanti lentamente, in modo preciso e affidabile», conclude Pages. «Queste sono esattamente le specifiche raggiunte da AUDACITY.»
Parole chiave
AUDACITY, attuatore, piezoelettrico, aeromobile, idraulico, gasolio, inquinamento, Clean Sky
