I sensori wireless rendono più efficiente la manutenzione degli aerei
Il progetto FLITE-WISE ha sviluppato nuovi sensori wireless per facilitare il monitoraggio costante degli aerei europei. Il nuovo sistema, che secondo le stime ridurrà sia i costi che il peso, sarà commercializzato nei prossimi tre anni. Nel 2013 circa 842 milioni di passeggeri hanno preso un aereo nell’UE-28. Con queste cifre non sorprende che la sicurezza degli aeroplani sia continuamente monitorata, con regole che vengono continuamente riviste e migliorate sulla base delle ultime tecnologie e conoscenze scientifiche. Si può infatti affermare con sicurezza che volare è una delle forme di trasporto più sicure, se non la più sicura. Questo significa anche che il monitoraggio delle condizioni di un aereo comporta costi elevati e richiede molto tempo. La manutenzione in genere rappresenta il 10-20 % dei costi operativi di un aereoplano e l’uso di sensori collegati tramite cavi per monitorare motori, fusoliere, strutture, scatole trasmissione e altri componenti fondamentali di un aereo è una delle cose che fanno salire le spese. Il progetto FLITE-WISE (“FLite Instrumentation TEst WIreless Sensor”), finanziato dall’UE, è stato creato per tentare di eliminare il peso inutile rappresentato dai cavi e passare a una rete di sensori wireless (Wireless sensor network o WSN) basata su sensori intelligenti che usano un'interfaccia radio per comunicare tra di loro. Il progetto, che fa parte delle Iniziative tecnologiche congiunte di Clean Sky (un partenariato pubblico-privato tra la Commissione e l’industria aeronautica per ridurre l’impatto ambientale dell’aviazione), si è concluso a dicembre. Jean-Dominique Decotignie ha coordinato il progetto per conto del CSEM. In questa intervista esclusiva rilasciata alla rivista research*eu, spiega i progressi tecnici fatti nell’ambito di FLITE-WISE e parla del valore aggiunto per il settore. Quali erano gli obiettivi principali del progetto? FLITE-WISE si proponeva di sviluppare un sistema di sensori wireless al quale fosse possibile collegare sensori acustici e di pressione (senza escludere anche altri tipi di sensori) e che fosse in grado di funzionare in volo in modo da avere misurazioni continue durante il volo. Questo si è tradotto in due casi di uso. Il primo è un nodo sensore wireless completamente integrato dedicato alle misurazioni acustiche lungo la fusoliera di un aereo. È un elemento circolare e flessibile progettato per essere applicato al rivestimento dell’aereoplano, consiste in un nodo sensore rivestito in modo da poter sopportare le dure condizioni ambientali dei test in volo. Con uno spessore massimo di meno di 3 mm, alloggia un sensore acustico, capacità di comunicazione, memoria ed energia per una campagna di 12 ore. È alimentato per mezzo di batterie ultra sottili che si possono ricaricare in modalità wireless mediante accoppiamento induttivo, il che rende possibile campionare frequenze di fino a 50 KHz con un errore di datazione massimo tra due nodi di meno di 50 μs. Il secondo caso d’uso è il caso di uso rotante, che contribuisce allo sviluppo e al collaudo di una nuova generazione di motori a rotore aperto controrotanti con prestazioni ambientali significativamente più alte rispetto alle tradizionali turboventole. Il progetto è rimasto alla fase di dimostrazione per questa parte. Il nodo sensore è pienamente autonomo in termini di energia, con un raccoglitore di energia induttivo appositamente sviluppato e in grado di acquisire dati da otto sensori con una precisione di sincronizzazione, relativa alla posizione dell'elica, al di sotto di 0,05°. Quali sono i limiti principali degli attuali sensori collegati tramite cavi? I sensori cablati sono attualmente usati per monitorare le condizioni dei motori degli aerei, le strutture, le scatole della trasmissione e così via. Il design della collocazione del sensore e il suo impiego e istallazione sono ingombranti e quindi costosi. Inoltre, per istallare questi sensori ci vuole molto tempo e questo ostacola la loro istallazione temporanea. Infine, in alcuni casi, per esempio nelle parti mobili come i motori, è molto difficile collegare i sensori. Sostenete che i sensori wireless ridurranno i costi. In che senso? Una rete di sensori wireless, per esempio sensori intelligenti con interfaccia radio, promette vantaggi operativi senza precedenti. Costi di applicazione dei sensori all’aereoplano più bassi, peso ridotto (perché il cablaggio è ridotto di molto) e maggiore flessibilità di uso sugli aerei, senza cioè dover riprogettare lo schema di cablaggio, sono certamente alcuni degli argomenti a favore di programmi come Smart Fixed Wing Aircraft di Clean Sky. Qual è il valore aggiunto della vostra tecnologia per l’industria aeronautica, in termini di efficacia? Oltre alla riduzione dei costi e del peso di cui sopra, la tecnologia ci permette di istallare sensori quasi in qualsiasi parte dell’aereo e così rilevare diversi tipi di fenomeni vicino alla loro fonte (calore, stress, ecc.). Questo può avere come risultato un miglioramento del collaudo e della manutenzione dell’aereo. Quali sono state le maggiori difficoltà incontrate nel corso del progetto e come sono state risolte? Le maggiori difficoltà del progetto sono state produrre: componenti di raccolta di energia ed elettronici in grado di sopportare accelerazioni molto grandi e temperature estreme (basse e alte), un sistema di comunicazione resistente a interferenze e disturbi radio, con un consumo energetico ultra basso, un design molto compatto e sottile con un’operatività completamente wireless, compresa la ricarica, in modo da poter essere posizionato al di fuori del rivestimento e una precisa sincronizzazione delle misurazioni dei sensori tra nodi diversi. Tutto questo è stato ottenuto mediante un attento approccio ingegneristico collaborativo, grazie alla multidisciplinarità del team, Imperial College quale specialista di raccolta e stoccaggio di energia, SERMA Ingénierie quale esperto di elettronica aeronautica e CSEM per l’elettronica a basso consumo, i protocolli wireless e la fornitura di energia wireless. La raccolta dell’energia ha richiesto una nuova progettazione basata sull’induzione magnetica. Il protocollo di comunicazione è stato migliorato per ridurre l’ulteriore consumo adattandosi costantemente alla fase operativa dell’aeromobile. La riduzione del consumo insieme a uno stoccaggio ottimizzato dell’energia e componenti elettronici altamente integrati sono stati fondamentali per ridurre le dimensioni. Infine per la sincronizzazione abbiamo usato una selezione molto attenta dei componenti e l’implementazione integrata. Quando pensate che la vostra tecnologia sarà commercializzata? Dato il settore di applicazione, l’aeronautica, nel quale i cicli di sviluppo e certificazione durano dai 5 ai 10 anni, la tecnologia sarà disponibile sul mercato tra 2 o 3 anni. Quali saranno i prossimi passi del progetto e sono previste attività di follow-up? La tecnologia deve superare i test di volo con l’aiuto di Airbus Operation, che sono in programma per il 2015. I prototipi saranno quindi industrializzati, per essere prodotti in serie. La tecnologia sarà inoltre ulteriormente sviluppata per migliorarne le prestazioni in termini di velocità di campionamento, larghezza di banda e protezione dai disturbi.
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