Un concetto di motore aeronautico economico ed ecocompatibile a sostegno del trasporto aereo con piccoli velivoli
L’ampio programma Clean Sky, un partenariato congiunto pubblico-privato finanziato dall’UE e costituito dalla stessa Unione europea e dall’industria aeronautica comunitaria, supporta la riduzione delle emissioni e del rumore prodotti dai velivoli. Nell’ambito di Clean Sky 2, il progetto CS2 WP714 DE ha sviluppato una rivoluzionaria architettura di motore a elevata densità di potenza per il trasporto aereo con piccoli velivoli.
Non ce ne sono due uguali
Per quanto riguarda la tecnologia dei motori aeronautici, esistono svariate architetture progettate per rispondere a diverse finalità, quali le dimensioni dell’aeromobile, l’altitudine di crociera e la distanza di volo. I motori a pistoni impiegano il gas rovente emesso dalla combustione del carburante per azionare il movimento del pistone che fa girare l’albero motore e, di conseguenza, l’elica, generando gas di scarico come prodotto di scarto. Anche i motori a turboelica (o turbopropulsore) sono motori a combustione interna; il gas di scarico, tuttavia, è il principale prodotto che fa ruotare le turbine e quindi gli ingranaggi, innestando la rotazione delle eliche. Solitamente i velivoli a turboelica sono più efficienti ad altitudini più elevate e velocità maggiormente sostenute, mentre i motori a pistoni sono meno potenti e vengono generalmente utilizzati negli aeromobili di piccole dimensioni. Secondo quanto affermato dal coordinatore del progetto CS2 WP714 DE, Vincent Maginot della società Danielson Engineering: «La tecnologia a pistoni esistente per la gamma di potenza ridotta (aviazione generale o piccoli velivoli adibiti a servizi pendolari) si trova dinanzi a varie sfide da affrontare. Essa brucia benzina con piombo (benzina avio o aVGaS) generando un elevato consumo di carburante per unità di potenza d’uscita, o Jet A (una miscela di cherosene) con una bassa potenza d’uscita per unità di volume (densità di potenza)». L’aVGaS, essendo un combustibile con piombo, è attualmente soggetto a limitazioni in Europa, è più costoso del carburante Jet A e ha spesso una minore disponibilità. L’obiettivo era pertanto progettare un motore a pistoni con elevata densità di potenza, basso consumo energetico per una determinata gamma di potenza e in grado di fornire una potenza fino a 300 kW (circa 400 hp) con una ridotta velocità di rotazione per diminuire il rumore.
In volo verso nuovi traguardi
Il nuovo motore SR460 è l’evoluzione a 6 cilindri della precedente versione SR305, un motore a pistoni con 4 cilindri che genera una potenza di 230 hp, attualmente in produzione presso l’azienda SMA. Maginot spiega: «Danielson Engineering e DFM Europe hanno migliorato la progettazione dell’intera architettura del motore prendendo in considerazione diversi aspetti, quali carichi termomeccanici, peso e materiali moderni. Inoltre, il sistema di raffreddamento del motore è stato concepito per incrementare le prestazioni e l’affidabilità dello stesso soddisfacendo al contempo le specifiche aeronautiche relative a parametri tra cui sicurezza, resistenza al fuoco e conformità ai requisiti ambientali». Il sistema di gestione termica, un importante fattore preso in considerazione sin dall’inizio del progetto, ha apportato più vantaggi di quanto previsto. Il principale scambiatore di calore è un radiatore d’olio, un concetto per cui sono state testate due configurazioni. Inoltre, l’utilizzo di fonti intrinseche come la vibrazione meccanica per il miglioramento del trasferimento di calore ha contribuito in modo significativo alle prestazioni complessive del motore, senza dover sostenere costi economici.
Il decollo di una nuova architettura del motore
CS2-WP714-DE ha sviluppato e successivamente collaudato quattro prototipi di motori ottimizzati. «In soli tre anni abbiamo realizzato prototipi in grado di offrire un’importante alternativa ai motori a pistoni convenzionali alimentati a benzina e ai piccoli motori a turboelica. Essi riducono il consumo di carburante di una percentuale compresa tra il 50 e il 60 % in confronto ai turbopropulsori per la stessa gamma di potenza e impiegano combustibile conveniente e disponibile con un basso impatto ambientale. Sosterranno direttamente i nostri colleghi che lavorano alla prossima fase, ovvero all’installazione e all’ottimizzazione del motore, che possono ora portare le architetture dei motori a livelli di maturità tecnologica superiori», conclude Maginot. Il mercato del trasporto aereo con piccoli velivoli può aspettarsi un’alternativa competitiva agli attuali motori, in grado inoltre di ridurre le emissioni di CO2, eliminare la necessità di benzina con piombo e diminuire il rumore.
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