Innovazioni dei motori per un’aviazione più ecologica
L’industria dell’aviazione è fondamentale per l’economia europea, ma è anche un’importante fonte di emissioni di gas a effetto serra. «Stiamo semplicemente rilasciando troppa CO2 nell’atmosfera», afferma David Powell, coordinatore del progetto ROTATOR e dipendente di Magnomatics, nel Regno Unito. «L’industria aeronautica lo sa bene. L’attuale situazione di tassazione zero sul carburante per l’aviazione e di esenzione dal pagamento delle emissioni è destinata a cambiare, il che costituisce un enorme incentivo a investire in tecnologie per il risparmio di carburante.»
Tecnologia dei motori a rotore aperto
Una delle difficoltà principali è individuare metodi convenienti, sicuri e affidabili per ridurre efficacemente le emissioni del trasporto aereo. Una soluzione potenziale che attira sempre più interesse è la tecnologia dei motori a rotore aperto. Queste architetture, caratterizzate da due gruppi di pale senza cappottatura, sono progettate per aumentare l’efficienza della propulsione, riducendo così il consumo di carburante e le emissioni. «Se riusciamo a ridurre i tassi di consumo di carburante del 20 %, cambieremo radicalmente la situazione nel settore», aggiunge Powell. Il progetto ROTATOR, finanziato dall’UE, si è prefissato di sviluppare questa tecnologia sostituendo l’idraulica con un sistema di controllo magnetico elettromeccanico, in linea con la spinta verso una maggiore elettrificazione degli aerei. Nei motori a rotore aperto la regolazione costante e precisa dell’angolo delle pale è importante per risparmiare il più possibile carburante. Convenzionalmente, l’angolo delle pale è controllato tramite sistemi idraulici, che richiedono però una manutenzione frequente per evitare perdite di fluido idraulico e possono essere soggetti ad altri problemi tecnici.
Sostituzione dell’idraulica con un controllo elettromeccanico
Per dimostrare la fattibilità di una soluzione elettromeccanica, il progetto ha riunito una serie di esperti del mondo accademico e industriale, che hanno collaborato allo sviluppo di motori a ingranaggi magnetici con tolleranza ai guasti, elettronica al carburo di silicio ad alta temperatura, dispositivi elettromagnetici di trasferimento di potenza rotante e componenti leggeri. «Inizialmente abbiamo dovuto capire come questi componenti elettronici avrebbero funzionato in un ambiente così difficile», spiega Powell. «Un motore a rotore aperto conta oltre 1 000 giri al minuto e funziona a temperature elevate. È come mettere l’elettronica in una lavatrice in centrifuga ad alta temperatura.» Un’altra sfida è stata lo sviluppo di componenti magnetici, meccanici ed elettronici di dimensioni adeguate per essere inseriti nel motore. I ricercatori hanno quindi simulato il funzionamento del sistema per definire quali materiali avrebbero resistito meglio a un tale ambiente.
Un grande risparmio di carburante
Come racconta Powell, un traguardo fondamentale è stato lo sviluppo e la costruzione di un meccanismo di controllo del passo in scala reale, collaudato presso la sede centrale di Magnomatics a Sheffield per dimostrarne la fattibilità. «Abbiamo superato di appena il 15 % la massa prevista: una grande soddisfazione», aggiunge Powell. «Il sistema è stato in grado di soddisfare i requisiti da noi stabiliti, come la precisione della posizione della pala e il tempo necessario per raggiungere una posizione specifica. Siamo fiduciosi di poter raggiungere l’obiettivo di massa che desideriamo.» All’interno del sistema nel suo complesso sono state sviluppate anche varie tecnologie individuali. L’équipe ha lavorato sui dispositivi elettromagnetici a trasferimento di potenza rotante, sui componenti ibridi in carbonio e metallo e su un motore a due canali a ingranaggi magnetici. «Il vantaggio è che se un canale si guasta, possiamo continuare a operare come se nulla fosse», osserva Powell. Secondo il coordinatore, il progetto ha dimostrato che la sostituzione dell’idraulica con attuazione elettromeccanica rende la tecnologia dei motori a rotore aperto un’opzione interessante per risparmiare grandi quantità di carburante. E conclude: «Ci auguriamo che questo lavoro porti a una diffusione rapida e sicura della tecnologia dei motori a rotore aperto e, in ultima analisi, a un risparmio di milioni di tonnellate di CO2 per combattere i cambiamenti climatici.»
Parole chiave
ROTATOR, motore, aviazione, elettromeccanico, emissioni, rotore, CO2
