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Motori aeronautici più efficienti riducono i costi di gestione e l’impatto ambientale

Il fatto di bruciare combustibile rende l’industria dell’aviazione una degli emettitori di gas a effetto serra (principalmente CO2 e NOX) che cresce più velocemente. L’UE si è impegnata a lavorare con l’industria aeronautica per ridurre queste emissioni e il progetto E-BREAK, finanziato dall’UE, ha contribuito al miglioramento dell’efficienza dei motori.
Motori aeronautici più efficienti riducono i costi di gestione e l’impatto ambientale
E-BREAK ha sviluppato dei componenti del motore aeronautico più avanzati e leggeri che sono in grado di resistere a temperature e pressioni più elevate. Massimizzando ulteriormente la capacità del motore di funzionare in un’ampia gamma di condizioni di volo (inclusi decollo, velocità di crociera e atterraggio) e in varie condizioni meteorologiche, E-BREAK ha migliorato anche le prestazioni di sottosistemi interni, come ad esempio i sistemi di tenuta, oltre che la precisione, peso e capacità di carico dei dispositivi del motore.

Sottosistemi migliori per motori più robusti con la manutenzione predittiva

La spinta verso motori più efficienti e affidabili ha portato a nuclei del motore più piccoli che funzionano più caldi e veloci a rapporti di pressione più elevati e che richiedono una minore manutenzione programmata. Dato che i progetti precedenti si erano concentrati sulle tecnologie del nucleo motore, E-BREAK è stato creato per affrontare l’evoluzione dei sottosistemi del motore, che si devono adattare ai nuovi vincoli delle tecnologie del nucleo.

Come spiega il dott. Manuel Silva, coordinatore del progetto E-BREAK, “Un motore è come un puzzle. Se si migliora una parte, si deve essere consapevoli di come quel cambiamento poi influisce sulle altre parti. I sistemi di supporto progettati in modo generico che noi chiamiamo fattori abilitanti tecnologici, consentono di continuare a far funzionare le parti assieme, efficacemente e senza interruzioni e in un’ampia gamma di motori aeronautici.”

Esempi di fattori abilitanti tecnologici sono i sistemi per il raffreddamento di olio e aria per il controllo della temperatura. Un aeroplano deve utilizzare la maggior parte del flusso della massa d’aria aspirata per ottenere la spinta, ma esso dipende dall’aria anche per evitare che l’olio si surriscaldi, perché potrebbe danneggiare il motore. Il team di E-BREAK ha sviluppato delle tecnologie di tenuta con prestazioni migliori per i sistemi di olio e aria, per incrementare ulteriormente le prestazioni complessive del motore con pressioni estremamente alte.

E-BREAK ha inoltre portato a termine altre innovazioni chiave. Ad esempio, il miglioramento di rivestimenti abradibili tra i componenti del motore che sfregano gli uni contro gli altri e sono quindi soggetti a degradazione, come il materiale tra le estremità delle pale e il loro involucro. Il progetto ha ottenuto anche un importante progresso nella riduzione del peso del motore prendendo in considerazione pale delle turbine più leggere, costruite usando la nuova lega intermetallica di alluminuro di titanio. Essa è considerata una lega molto promettente, ma era difficile da lavorare. Il progetto è riuscito a ottimizzare la progettazione e la fabbricazione della pala dopo aver testato le proprietà e le prestazioni della lega durante il volo.

Un altro importante contributo di E-BREAK è il suo sistema di monitoraggio delle condizioni, che prevede il deterioramento dei componenti del motore. Il sistema utilizza sensori e algoritmi avanzati per localizzare la posizione di un problema. In precedenza, visto che la posizione di un guasto era spesso sconosciuta, come precauzione gli ingegneri sostituivano molte parti. Il sistema di E-BREAK riduce la quantità di tempo in cui gli aeroplani sono costretti a terra per le riparazioni, diminuendo i costi complessivi di manutenzione e la perdita di entrate causata dalle minori ore di volo. Ma soprattutto, esso incrementa anche la sicurezza complessiva attraverso la sua identificazione precisa dei problemi.

Lavorare in vista degli obiettivi

Il Consiglio consultivo per la ricerca e l’innovazione nell’aeronautica in Europa (ACARE) ha stabilito l’obiettivo di una riduzione del 50 % per passeggero/chilometro delle emissioni di CO2, con le emissioni di NOX da ridurre dell’80 % e un calo dal 15 al 20 % degli SFC, un indicatore di efficienza nel consumo di carburante dei motori a reazione.

Il progetto E-BREAK fa parte di un’iniziativa più ampia finanziata dall’UE per ridurre le emissioni concentrandosi sul miglioramento dei motori aeronautici che include i progetti LEMCOTEC, NEWAC, DREAM, VITAL e ENOVAL. Tutti assieme, questi progetti porteranno a una riduzione tra il 21 e il 32 % delle emissioni di CO2 dell’aviazione e abbasseranno le emissioni di NOX fino al 65/70 %, a seconda delle dimensioni del motore.

Come conclude il dott. Silva, “I risultati di E-BREAK offrono dei passi in avanti fondamentali per garantire la compatibilità di una nuova generazione di sottosistemi del motore con i vincoli più stringenti relativi a temperatura, pressione e massa dei motori futuri, necessari per soddisfare gli obiettivi di ACARE. Attraverso questi sforzi, l’industria dell’aviazione e le persone che essa serve possono confidare in viaggi aerei ancora più efficienti, affidabili e sicuri che sono anche più rispettosi del pianeta Terra.

Keywords

E-BREAK, manutenzione predittiva, tecnologie del nucleo motore, fattori abilitanti tecnologici, sistemi di raffreddamento olio e aria, rivestimenti abradibili, alluminuro titanio, lega intermetallica