Un sistema di sghiacciamento per aeromobili fornisce efficienza energetica
La formazione di ghiaccio durante il volo si verifica quando le gocce d’acqua nelle nuvole o la pioggerellina si congelano al momento dell’impatto con un velivolo. Ecco perché è di cruciale importanza che la cellula aeronautica, e in particolare le ali e i condotti di aspirazione del motore, siano protetti dalla formazione di ghiaccio. «Generalmente, questo viene conseguito in due modi», spiega Helmut Kuehnelt, coordinatore del progetto InSPIRe, dell’Istituto austriaco di tecnologia (AIT, Austrian Institute of Technology). «Mediante soluzioni antighiaccio, in cui si previene la formazione di ghiaccio, oppure attraverso lo sghiacciamento, che prevede la rimozione del ghiaccio a seguito della sua formazione.» Gli aeromobili passeggeri di grandi dimensioni impiegano generalmente sistemi termici antighiaccio che sfruttano lo spillamento di aria calda proveniente dai motori per evitare la formazione di ghiaccio. Tali sistemi, tuttavia, devono essere alimentati in continuazione e sono dunque processi ad alta intensità energetica.
Le difficoltà di applicare la tecnologia antighiaccio
Di fatto, per i velivoli regionali di dimensioni più piccole, la limitata energia elettrica disponibile a bordo si traduce nell’inattuabilità di una tecnologia termica antighiaccio. «Abbiamo individuato la necessità di un sistema di sghiacciamento con una domanda energetica minima, specificatamente concepita per i velivoli regionali, che inoltre non richieda troppa manutenzione», afferma Kuehnelt. Il progetto InSPIRe si è prefisso dunque di progettare e sviluppare un sistema a bassa potenza e integrato di protezione elettrotermica dell’ala dal ghiaccio (EWIPS, Electrothermal Wing Ice Protection System). L’obiettivo consisteva successivamente nel dimostrarlo su scala reale in una galleria del vento ghiacciata. «Volevamo dimostrare che un sistema di sghiacciamento elettrotermico poteva fornire un’efficace protezione dal ghiaccio, riscaldando ripetutamente molteplici zone senza la necessità di alimentarle in continuazione», spiega Kuehnelt.
Dimostrare il concetto di sghiacciamento a bassa potenza
A tal fine, il nuovo concetto di EWIPS è stato progettato a partire da zero. Innanzitutto, ciò ha comportato approfondite analisi numeriche del flusso d’aria, l’accumulo di ghiaccio e un concetto di sghiacciamento. Successivamente, è stato sviluppato specificatamente il bordo d’attacco dell’ala (la parte dell’ala che entra per prima in contatto con l’aria) per l’applicazione di una tecnologia prototipo di riscaldamento a strati. Ciò ha consentito al team di posizionare le zone di riscaldamento il più vicino possibile tra loro, per ridurre al minimo eventuali spazi non riscaldati. L’integrazione del riscaldamento è stata convalidata con numerosi test. È stato inoltre sviluppato un hardware di elettronica per l’alimentazione e il controllo energetico dell’EWIPS. «Tuttavia, la produzione del bordo d’attacco prototipo, con un’alimentazione elettrica integrata e sensori termici miniaturizzati, ha rappresentato una vera sfida», osserva Kuehnelt. «In seguito al fallimento di una prima sperimentazione, è stato necessario sviluppare nuovi strumenti e processi di produzione.» Ciononostante, il team del progetto ha perseverato e l’approccio dell’EWIPS a bassa potenza di InSPIRe è stato dimostrato con successo presso la galleria del vento ghiacciata di CIRA verso la fine del 2022. «I risultati hanno dimostrato un risparmio energetico del 25 % con il concetto di InSPIRe rispetto a un sistema tradizionale di sghiacciamento, nonché un risparmio energetico stimato del 70 % se confrontati con un sistema antighiaccio tradizionale», aggiunge Kuehnelt. «Ciò avrà inoltre un impatto sul consumo di carburante e le emissioni complessivi di un aeromobile.»
Conseguire risparmi operativi di carburante
La futura applicazione commerciale di questa tecnologia di sghiacciamento a bassa potenza potrebbe aiutare i velivoli regionali a conseguire significativi risparmi in termini di carburante. Il bordo d’attacco dell’ala prototipo si è dimostrato estremamente solido e il team è stato in grado di superare le difficoltà iniziali per conseguire i propri obiettivi. «Auspichiamo che questi risultati contribuiscano a velivoli con una maggiore efficienza energetica, e quindi più puliti, in futuro», afferma Kuehnelt. «Alcuni aspetti del progetto dovranno ovviamente essere riesaminati al fine di far maturare ulteriormente la tecnologia e ottimizzare il sistema per gli aeromobili.» La tecnologia dell’EWIPS a bassa potenza sperimentata da InSPIRe potrebbe essere inoltre interessante per altre applicazioni aeronautiche, quali ulteriori velivoli adibiti a servizi pendolari e droni dalle dimensioni più grandi. «Potrebbero presentarsi maggiori opportunità per lo sfruttamento di questi risultati», aggiunge Kuehnelt.
Parole chiave
InSPIRe, aeromobile, sghiacciamento, termico, EWIPS, flusso d’aria, elettrotermico
