In che modo i sistemi di alimentazione modulari degli aerei riducono il peso e il consumo di carburante
Gli aerei moderni usano già l’elettricità per molti sistemi di bordo, ma i modelli futuri ne dipenderanno molto di più. Questo può ridurre il consumo di carburante e i costi di manutenzione, a patto che il sistema di alimentazione elettrico rimanga leggero, efficiente e sicuro pur gestendo un numero maggiore di funzioni. Il progetto ORCHESTRA(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha sviluppato componenti tecnici modulari (TBB) per velivoli più elettrici, ossia velivoli in cui i sistemi idraulici, pneumatici e meccanici vengono sostituiti, in tutto o in parte, da sistemi elettrici. Il progetto si è occupato di conversione di potenza, macchinari, cablaggio, batterie, gestione termica e monitoraggio, per poi verificare come questi elementi interagiscono tra loro anziché funzionare come componenti isolati.
Sistemi di alimentazione elettrica modulari per velivoli leggeri
ORCHESTRA è stato progettato pensando agli aerei di nuova generazione, sempre più elettrici e ibridi-elettrici, in cui il sistema di alimentazione elettrico diventa una colonna portante fondamentale piuttosto che un semplice supporto. Per le compagnie aeree, questo può tradursi in un minor consumo di carburante, una manutenzione più semplice e una maggiore affidabilità nella gestione dei voli. Serhiy Bozhko, professore di sistemi elettrici per aeromobili all’Università di Nottingham e coordinatore del progetto ORCHESTRA, afferma: «Il fattore che ha contribuito maggiormente non è stata una singola tecnologia, ma piuttosto la combinazione di sottosistemi modulari e una gestione intelligente dell’energia a livello di sistema». In pratica, il progetto ha raggiunto i suoi obiettivi di efficienza del 10% e di riduzione del peso del 25% combinando hardware più leggero con un uso più efficiente della potenza disponibile, anziché aspettarsi che un unico componente rivoluzionario facesse tutto il lavoro.
Integrare convertitori, macchinari e sistemi di controllo in tutta sicurezza
Ogni componente tecnico è stato sviluppato per risolvere una parte del problema: convertitori a basse perdite, macchine elettriche più leggere, cablaggi migliorati, batterie allo stato solido, modelli termici e controllo di supervisione. La parte più difficile è stata quando quelle parti hanno dovuto funzionare insieme. Come spiega Bozhko, «La sfida più grande è stata l’integrazione a livello di sistema tra i TBB sviluppati in modo indipendente». Il progetto ha risolto questo problema utilizzando un’architettura elettrica comune e un approccio di supervisione gerarchico, separando il controllo dei dispositivi locali dal coordinamento a livello di velivolo. ORCHESTRA ha inoltre esaminato cosa succede quando i sistemi elettrici degli aerei passano a reti in corrente continua (CC) ad alta tensione e a convertitori da diversi megawatt. A quei livelli, i guasti al sistema, le rotture dell’isolamento, lo stress termico e le interferenze elettromagnetiche diventano molto più difficili da gestire. Una delle lezioni apprese dal progetto è stata molto chiara: «In generale, questo cambiamento richiede una filosofia di sicurezza a livello di sistema, non solo miglioramenti a livello dei singoli componenti.» Ciò significava un isolamento più rapido dei guasti, un monitoraggio più efficace, una progettazione accurata dell’isolamento e architetture riconfigurabili in grado di limitare la propagazione dei guasti.
I componenti del toolkit ORCHESTRA più vicini all’uso
I risultati più maturi del progetto sono i convertitori elettronici di potenza modulari, le macchine elettriche modulari, le soluzioni di rilevamento e monitoraggio e una gestione termica ottimizzata. Queste soluzioni sono in linea con le attuali prassi del settore e più facili da introdurre gradualmente. Una gestione dell’energia più autonoma, architetture ibride ad altissima potenza e l’uso diffuso della corrente continua ad alta tensione richiedono ancora ulteriori sviluppi prima di poter soddisfare i requisiti di certificazione e sicurezza. Dopo la conclusione del progetto nel novembre 2025, i modelli, i banchi di prova e i prototipi dimostrativi di ORCHESTRA hanno continuato ad alimentare i lavori successivi relativi agli standard e all’implementazione. I risultati stanno già contribuendo alla definizione degli standard EUROCAE sulla gestione intelligente dell’alimentazione a bordo, mentre le piattaforme hardware-in-the-loop e i modelli di integrazione virtuale continuano a essere utilizzati per la futura integrazione dei sistemi dei velivoli elettrici. Il risultato non è un singolo velivolo pronto all’uso, ma una base concreta che contribuisce a far passare l’aviazione elettrica dagli studi teorici a sistemi certificabili.