L’evoluzione del ‘more electrical aircraft’ dagli albori dell’aviazione ai giorni nostri
Francesco Cupertino, Politecnico di Bari
La storia dell’aviazione si è evoluta di pari passo con le applicazioni elettriche. Sin dall’inizio del secolo scorso, la presenza di accumulatori e generatori elettrici a bordo dei velivoli ha abilitato l’utilizzo di strumentazione di volo che ha incrementato l’autonomia e la sicurezza dei velivoli. Il ‘fly-by-wire’ che permette di inviare in modalità elettronica i comandi del pilota e la guida autonoma sono solo due esempi di tecnologie abilitate dalla presenza a bordo dei sistemi elettrici. È stato però negli ultimi due decenni che, grazie alla maturità tecnologica raggiunta dai sistemi elettrici, si è assistito alla progressiva sostituzione di apparati ed attuatori meccanici con analoghi sistemi alimentati da energia elettrica.
Sistemi quali l’avviatore della turbina, il compressore dell’aria della cabina, il condizionamento dell’aria, il sistema di sbrinamento delle ali ed il controllo dell’assetto dei flap sono stati elettrificati, realizzati quindi con motori elettrici, trasformando il velivolo tradizionale nel ‘more electrical aircraft’.
Tra le ricadute positive di questa trasformazione si possono elencare la riduzione del peso, la maggiore efficienza, la semplificazione della manutenzione e la possibilità di attuare logiche di controllo più efficaci per la sicurezza. La potenza elettrica totale utilizzata a bordo dei velivoli più recenti come il Boeing 787 Dreamliner ha superato il megawatt, valore confrontabile con quello associato a diverse centinaia di appartamenti e difficile da prevedere fino alla fine del secolo scorso. In questo contesto si sviluppano le attività del laboratorio pubblico-privato denominato Energy Factory Bari, avviato nel 2010 per iniziativa del Politecnico di Bari e della azienda AVIO AERO. Negli ultimi anni nel laboratorio sono state sviluppate le tecnologie per un nuovo motore aeronautico destinato a velivoli passeggeri di piccola taglia.
Anche in questo caso, l’adozione delle tecnologie elettriche ha migliorato le prestazioni del velivolo in termini di consumo di carburante, emissioni, comfort di guida e sicurezza.
Nonostante gli importanti progressi tecnologici degli ultimi anni, i velivoli restano degli oggetti particolarmente inquinanti. Per una definitiva riduzione delle emissioni inquinanti sarebbe necessaria una nuova rivoluzione tecnologica che porti dal ‘more electrical’ al ‘all electrical aircraft’ nel quale anche la propulsione sarà generata a partire dall’energia elettrica. Sebbene il peso delle batterie ad oggi disponibili renda impraticabile la realizzazione di un velivolo di medio raggio a propulsione elettrica, ci sono dei settori nei quali il velivolo elettrico potrebbe non essere una realtà molto distante. Diverse aziende stanno sviluppando dei piccoli velivoli elettrici per la mobilità urbana di merci e passeggeri in contesti particolarmente congestionati.
A breve potrebbe diventare possibile raggiungere in pochi minuti l’aeroporto di una grande metropoli partendo dal centro della citta a bordo di un velivolo elettrico. Anche in questo contesto sono già impegnati i ricercatori del Politecnico di Bari del laboratorio Energy Factory Bari. Sono attualmente in fase di studio delle soluzioni che renderanno più sicuri gli elicotteri grazie all’adozione di sistemi di propulsione elettrica, sostituendo o affiancando i sistemi di propulsione tradizionali.
La presentazione descriverà le principali tappe dello sviluppo del ‘more electrical aircraft’ evidenziando i principali benefici ottenuti e proverà ad immaginare quali futuri scenari potranno essere aperti dalle tecnologie elettriche. In particolare, saranno presentate alcune attività di ricerca e sviluppo svolte presso il Politecnico di Bari in collaborazione con importanti aziende operanti nel settore aeronautico.