Monitorare l’isolamento dei sistemi elettrici dei velivoli
Gli aerei passeggeri di grandi dimensioni esistenti al giorno d’oggi si affidano a sistemi di distribuzione a bassa tensione per alimentare qualsiasi loro elemento, dall’avionica ai comandi, passando per i sistemi di illuminazione fino all’intrattenimento in volo. Tuttavia, con l’aumento dei componenti elettrici presenti nei velivoli, aumenta anche la necessità di tensioni più elevate. «Il previsto aumento della domanda di energia elettrica ad alta tensione nei grandi aerei passeggeri e in altri concetti di aeromobili maggiormente elettrici comporta la necessità futura di nuovi sistemi di distribuzione elettrica che consentano sistemi di propulsione alimentati ad elettricità sicuri, leggeri e altamente efficienti», spiega Antonio Griffo, docente di elettronica di potenza e propulsori elettrici presso l’Università di Sheffield(si apre in una nuova finestra). Una tensione più elevata, tuttavia, determina un aumento delle sollecitazioni all’isolamento elettrico di cavi, macchine elettriche e componenti, da cui ne consegue la cruciale importanza rivestita dal monitoraggio dello stato di salute di tale isolamento e dal rilevamento dei guasti nei sistemi critici per la sicurezza, come ad esempio i sistemi di alimentazione dei velivoli. Ed è qui che entra in gioco il progetto IMITAES(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE. Il progetto, che ha ricevuto il sostegno dell’impresa comune Clean Sky 2(si apre in una nuova finestra), ha progettato, dimostrato e fornito sistemi innovativi di monitoraggio dell’isolamento basati specificamente sui requisiti del settore aerospaziale.
La messa a terra Isolation Terra
Mentre i sistemi di distribuzione dell’energia presenti sulla maggior parte degli aeromobili convenzionali ricorrono alla loro cellula metallica come sistema di messa a terra, i velivoli elettrici del futuro richiederanno una soluzione più solida. Un’alternativa è la messa a terra nota come Isolation Terra (IT). Questo tipo di configurazione è caratterizzata dall’assenza di un collegamento conduttivo con la terra collocato intenzionalmente. Un impianto di messa a terra è un insieme di conduttori ed elettrodi che, in caso di guasti o malfunzionamenti, forniscono un percorso a bassa resistenza per il passaggio della corrente elettrica verso terra, contribuendo a garantire la sicurezza dei passeggeri e dell’equipaggio e un funzionamento continuo delle apparecchiature di bordo presenti negli aeromobili. «I sistemi elettrici ad alta potenza in applicazioni ad alta affidabilità ricorrono spesso alla messa a terra IT, che offre vantaggi quali la possibilità di gestire la corrente di guasto e la continuità di funzionamento in seguito ai guasti», afferma Griffo, che ha ricoperto il ruolo di coordinatore del progetto IMITAES. Tuttavia, la messa a terra IT comporta anche nuove sfide da superare, tra cui la necessità di monitorare e determinare correttamente il verificarsi di guasti all’isolamento.
Monitorare i sistemi elettrici basati sulla messa a terra IT
Nonostante il ruolo cruciale svolto dalle tecnologie di monitoraggio dell’isolamento per garantire la sicurezza degli aeromobili, nella maggior parte dei casi queste soluzioni non sono state testate, dimostrate, ottimizzate o rese disponibili in commercio per le applicazioni aerospaziali. Questa era la situazione fino a oggi. Grazie al lavoro svolto dal progetto IMITAES, tecnologie di tal genere potrebbero presto essere pronte per il mercato. «Abbiamo collaborato con Rolls Royce(si apre in una nuova finestra), un’azienda dedicata allo sviluppo e alla fornitura di complesse soluzioni di alimentazione e propulsione per applicazioni aeronautiche critiche per la sicurezza, allo scopo di comprendere gli specifici requisiti del settore aerospaziale», osserva Griffo. Sulla base di queste specifiche e in cooperazione con Bender(si apre in una nuova finestra), fornitore leader di soluzioni per la sicurezza elettrica, il progetto ha sviluppato una serie di modelli e prototipi per il monitoraggio dei sistemi elettrici basati sulla messa a terra IT. Ogni soluzione è stata verificata e convalidata mediante lo svolgimento di un’ampia serie di esperimenti, che sono stati condotti in condizioni rappresentative di quelle che caratterizzano il sistema di alimentazione di un velivolo.
Elettrificare oggi gli aeromobili di domani
Il team di IMITAES sta attualmente lavorando per far progredire ulteriormente il livello di maturità tecnologica delle sue soluzioni di monitoraggio, garantendone la preparazione per lo svolgimento di prove in volo reali. Inoltre, l’équipe è entrata in contatto con alcuni comitati di standardizzazione per garantire che i dispositivi di monitoraggio dell’isolamento sviluppati dal progetto diventino un elemento standard dei velivoli del futuro. «Tutto questo lavoro andrà a sostegno dell’adozione dei sistemi di messa a terra IT e, in ultima analisi, dell’ulteriore elettrificazione degli aeromobili di domani», conclude Griffo.