Sviluppo di un sistema migliorato in quanto a misurazione di gioco radiale
Tra i molti dimostratori tecnologici integrati (integrated technology demonstrators, ITD), l’ITD SAGE (Sustainable and Green Engine) punta su motori e tecnologie di motori che riducono il consumo di combustibile e le emissioni associate. Si prevede che il motore turbofan con tale tecnologia riduca i consumi di carburante e le emissioni di anidride carbonica del 15 % e i livelli di rumore percepito del 50 %, rispetto ai motori turbofan attualmente in uso. Tali riduzioni sono in linea con l’impegno del progetto Clean Sky di raggiungere gli obiettivi stabiliti dal Consiglio consultivo per la ricerca aeronautica in Europa (ACARE) per il 2020. Una delle principali sfide relative alle configurazioni delle turbine a gas è data dalla distanza tra estremità della pala e corpo circostante (carenatura), il quale tende a variare a causa di cambiamenti nei carichi meccanici e termici sulle strutture rotanti e stazionarie. Finora, le attività sperimentali non sono riuscite a distinguere tra gioco radiale e assiale, con conseguenti misurazioni imprecise. Il lavoro svolto nell’ambito del progetto MICMEST (Microwave clearance measurement system for low pressure turbines) ha affrontato tale preoccupazione mediante il miglioramento del livello di prontezza relativo alla tecnologia del sistema di misura a microonde per il gioco radiale (MCMS, microwave clearance measurement system). Lo scopo del progetto MICMEST era quello di convalidare il sistema MCMS migliorato, inserito nel motore turbofan, il quale incorpora l’ultima tecnologia di turbina a bassa pressione, dimostrando che questo sistema è in grado di operare e sopravvivere in tale difficile ambiente con temperature elevate. Il sistema MCMS, il quale comprende una sonda, hardware di acquisizione dati e software di elaborazione dati, dovrebbe diventare parte di un sistema attivo a circuito chiuso per il gioco radiale, il quale deve mantenere tale parametro adeguato per tutti i punti di lavoro. I ricercatori hanno portato avanti i loro obiettivi attraverso la progettazione e il collaudo di nuove carenature della pala con specifiche geometrie a nervatura in grado di fornire un segnale di eccitazione che permette la misurazione di posizioni del rotore assiali e radiali. Il progetto ha portato ai seguenti principali risultati: una nuova carenatura della pala con caratteristiche geometriche in grado di fornire un segnale su una vasta gamma di posizioni assiali e radiali; inoltre, un nuovo impianto di rotazione è stato progettato e costruito per la validazione in laboratorio del sistema di misura prima dell’installazione del motore. È stato progettato e validato un concetto di installazione del sensore in grado di soddisfare le esigenze di montaggio del dimostratore SAGE4 e i vincoli di contenimento. La resistenza dei sensori a microonde è stata dimostrata attraverso una serie di prove complete di laboratorio in quanto a temperatura. Il progetto MCMS ha affrontato la campagna di test relativi al motore SAGE4 e si è dimostrato in grado di registrare misurazioni senza alcun cedimento del sensore. Sebbene i ricercatori abbiano registrato correttamente i dati di misura in assenza di guasti del sensore, va effettuato un ulteriore lavoro per completare la tecnologia MCMS al fine di raggiungere l’obiettivo di integrare il sistema alle applicazioni di serie in un sistema di controllo attivo del gioco radiale e assiale (Active Clearance Control, AAC).
Parole chiave
Gioco radiale, estremità della pala, turbina a gas, MICMEST, misurazione a microonde del gioco radiale, misurazione della posizione assiale