Un nuovo sistema di monitoraggio in situ riduce il rischio di avarie al motore
I ricercatori del progetto i-Bearing hanno sviluppato con successo indicatori per i cuscinetti del dispositivo di avviamento del motore che contribuiscono a prevedere quando questi piccoli ma fondamentali pezzi dei motori degli aeromobili perdono efficacia. Le piccole parti fanno la grande differenza L’industria dell’aviazione si è impegnata a rivoluzionare i sistemi energetici degli aeromobili. Tutte le funzioni innovative offerte a bordo di una gran parte degli aeromobili elettrici devono condividere e distribuire una maggior quantità di energia elettrica e convertire l’energia meccanica in elettricità in modo più efficiente. «La richiesta di energia elettrica aggiuntiva per i motori degli aeromobili comporterebbe, normalmente, sistemi più pesanti e di dimensioni maggiori. Tuttavia, l’approccio che vogliamo applicare è diverso: far ruotare i generatori più velocemente», osserva Abel Mendes, responsabile della tecnologia presso Active Space Technologies, in Portogallo. Questo concetto non è comunque esente da problemi: una rotazione più veloce porta a un’usura e una degradazione più rapide del sistema. Il monitoraggio in tempo reale per mezzo di una soluzione quale iBearing è, pertanto, di importanza inestimabile. iBearing sta cambiando significativamente il paradigma in questo campo. Il suo obiettivo è incrementare l’efficienza energetica, ma non a spese dell’ambiente; a tal fine, il progetto si è incentrato sul miglioramento delle prestazioni dei cuscinetti del dispositivo di avviamento del motore, componenti fondamentali per il suo funzionamento. Secondo gli specialisti di ingegneria aerospaziale, è difficile prevedere il momento in cui potrebbero guastarsi a causa delle piccole dimensioni e della loro inaccessibilità una volta collocati nel motore. Monitoraggio delle condizioni in volo Tradizionalmente, i motori degli aeromobili vengono monitorati da unità di stazioni a terra. «Analizzare i dati raccolti dai sensori situati all’interno del motore durante il volo consente agli operatori di acquisire una migliore comprensione delle prestazioni e prevedere l’usura meccanica e l’avaria delle parti del motore», spiega Mendes. Sensori in grado di misurare temperatura, pressione, vibrazione, accelerazione e rumore dal fulcro del motore dell’aeromobile permettono di comprendere meglio il ciclo vitale dei cuscinetti. «Le misurazioni delle emissioni acustiche sono complementari ai sensori di vibrazione, in quanto possono fornire informazioni sulla degradazione dei cuscinetti in uno stadio precoce, all’insorgere di microcrepe», osserva Mendes. Agli inizi del progetto, i ricercatori si sono concentrati sulla valutazione di tecnologie abilitanti «fly-by-wire» (con segnale elettrico) e sensori intelligenti. La successiva progettazione e montaggio di una fascia contenente sia i cuscinetti sia i sensori, testata in un banco di prova specifico, ha consentito ai ricercatori di ricavare analisi dei dati e algoritmi diagnostici significativi. «L’impiego di tecniche di fusione dei dati innovative ci ha permesso infine di combinare 20 indicatori delle condizioni in un unico algoritmo in grado di effettuare una diagnosi dei guasti (classificare i guasti e stimarne la gravità secondo l'entità) confrontando nuovi dati con i marcatori delle condizioni di guasto consolidati», aggiunge Mendes. Come spiega ulteriormente, in laboratori e banchi di prova è difficile riprodurre condizioni sperimentali poiché temperatura, vibrazioni e velocità di rotazione sono elevate e la nebbia d’olio ostacola l’utilizzo di diversi tipi di sensori; ciononostante, il team è riuscito ad affrontare questa impegnativa situazione. Resistenza a temperature e velocità elevate Piccole dimensioni, funzionamento indipendente e tolleranza ad ambienti difficili erano gli aspetti essenziali da prendere in considerazione per la progettazione di un sistema di monitoraggio delle condizioni in grado di misurare il ciclo vitale sicuro dei cuscinetti e, inoltre, prevedere le avarie con almeno 100 ore di anticipo. Partendo da queste caratteristiche, il gruppo è riuscito a sviluppare un dispositivo prototipo per il monitoraggio in situ dei cuscinetti in grado di sopportare l’intero spettro di valori di velocità rotazionale durante le diverse fasi di volo, ovvero solitamente dai 10 000 ai 30 000 giri al minuto. Le prestazioni del prototipo sono state testate con temperature comprese tra i 150 e i 200 ºC, ottenendo risultati incoraggianti. Per aumentare la capacità del prodotto di aderire agli standard, saranno necessarie un’ulteriore miniaturizzazione della soluzione iBearing e una migliore gestione termica. Il prodotto finale sarà rappresentato da un componente di facile installazione in qualsiasi tipo di cuscinetto, che necessiterà solo di adattamenti minimi alla forma dei nuovi cuscinetti. Questo sistema autonomo di monitoraggio delle condizioni non richiederà alcuna assistenza da parte di operatori.
Parole chiave
iBearing, sensore, ciclo vitale, in situ, monitoraggio delle condizioni, cuscinetto del dispositivo di avviamento del motore, indicatore delle condizioni
