Challenges of future aircraft propulsion: a review of distributed propulsion technology and its potential application for the all electric commercial Aircraft.
Amir S. Gohardani, Georgios Doulgeris , Riti Singh.
Department of Power and Propulsion, Cranfield University
Il mondo aeronautico, sia nell’aviazione civile che nell’aviazione militare, sta premendo in maniera sempre più crescente verso l’adozione di materiali leggeri e di procedure studiate per ridurre il consumo di carburante. L’incidenza del consumo di carburante è determinante nella struttura dei costi del trasporto aereo; in particolare i tentativi finora si sono mossi nella direzione dell’alleggerimento strutturale.
Ricerche condotte dall’università di Cranfield (UK) hanno analizzato modalità di progettazione differente. Si sono basati in particolare sul concetto di propulsione distribuita: invece di due o quattro motori ad elevata potenza, vengono considerate differenti configurazioni, finora non esplorate se non a livello puramente di esercizio di stile.
Motori distribuiti: il concetto è di aumentare il numero di motori, distribuendoli lungo l’ala, e contemporaneamente diminuendone le dimensioni. Questa soluzione presenta alcuni vantaggi: si ritiene che l’economia di scala per produrre un numero maggiore di piccoli motori li renderà più economici della corrispondente soluzione attuale; dal punto di vista della sicurezza la piantata di un motore creerebbe meno problemi per la stabilità dell’aeromobile (soprattutto la controllabilità laterale in fase di decollo); inoltre in caso di guasto o ispezione sarebbe più facile sostituire direttamente uno dei numerosi motori. In questa soluzione tuttavia ogni singolo motore viene alimentato e controllato in maniera autonoma. (Figura 1).
Propulsori a generatore comune: l’efficienza di molti motori piccoli può essere ridotta rispetto ai corrispettivi motori di grandi dimensioni. Per questo motivo una possibile alternativa consiste nel realizzare la parte di generazione della potenza in pochi generatori di grandi dimensioni, per distribuirla successivamente (per via pneumatica, idraulica o elettrica) verso generatori di spinta in numero elevato (Figura 2).
Scarico distribuito: pensato specialmente per la crociera supersonica, una soluzione più tradizionale potrebbe ottenere vantaggi dal realizzare ugelli di uscita lungo il bordo d’uscita dell’ala (Figura 3).
Le principali critiche mosse a questo tipo di configurazione sono appunto relative all’aumento di complicazione dei sistemi di controllo e alla riduzione dell’efficienza. Gli studi finora effettuati dimostrano tuttavia che i vantaggi sono superiori agli svantaggi: queste configurazioni infatti renderebbero il carico sull’ala più distribuito, e permetterebbero inoltre di realizzare configurazioni finora esplorate solo in linea teorica, come gli aeromobili ad ala integrale (blended wing body, Figura 4). Inoltre le soluzioni a generatore comune porterebbero ad uno sviluppo maggiore della propulsione elettrica, già considerata più affidabile e più efficiente; si darà anche più spazio allo sviluppo di tecnologie emergenti per la riduzione del rumore. I vantaggi già esposti relativi alla manutenzione potrebbero ridurre notevolmente una delle voci di costo più influenti nel settore. Vista la sempre più intensa attenzione alla riduzione delle emissioni e dei costi del trasporto aereo, i risultati non tarderanno ad arrivare.
