Dove volano gli ingegneri

Due ingegneri, e valenti piloti, nella sala prove che permette la più verosimile simulazione in volo del nuovo GE Catalyst, grazie a veri componenti e condizioni atmosferiche ricreate fedelmente.

gennaio 2019

Da quando Simone Castellani, insieme a Suzana Chakrokh, Cristian Lai e al team del laboratorio Avio Aero di Bari, ha cominciato a lavorare su quello che è stato soprannominato il “cervello digitale” del motore Catalyst, sono passati solo un paio d’anni. Nel frattempo, il nuovo motore turboelica – che come primo aereo equipaggerà il Cessna Denali di Textron Aviation – ha proseguito speditamente nelle prove di certificazione e si appresta a effettuare il primo volo entro il 2019. 

Considerando che il motore in questione è nato nel 2015 da un foglio bianco, che presenta innovazioni tecnologiche rivoluzionarie (controlli digitali, ma anche il 30% dei componenti stampati in 3D) e che, per la prima volta nella storia di GE Aviation, è stato progettato e costruito esclusivamente in Europa, si può certamente parlare di una fenomenale fase di sviluppo: nel settore, la media per motori nuovi di zecca è di circa 10 anni. Quindi Castellani, insieme al suo team e come altri team Avio Aero responsabili degli altri moduli del motore Catalyst, è stato parecchio impegnato con il FADEC (Full Authority Digital Engine with integrated propeller Control). 

Tale “cervello digitale” è un apparato grande come una console per videogames che - grazie alle più avanzate tecnologie digitali di controllo, monitoraggio e calcolo (concentrate su parametri quali altitudine, pressione, temperature, velocità turbina e velivolo, giri del motore) - permette ai piloti di usare una sola leva di comando.

Invece di usare, come accadeva da 30 anni sui turboprop, una leva per gestire la potenza del motore e un’altra per il passo dell’elica, il FADEC del GE Catalyst “non solo sposa la tipica filosofia dei jet nel gestire la potenza”, ma garantisce di farlo attraverso un’unica leva di comando. “E soprattutto, risparmia al pilota l’apprensione di dover controllare continuamente i vari livelli in cabina di comando, rendendo la sua esperienza di volo ottimale e molto più piacevole” spiega Castellani.

The control-room inside the Avio Aero wet rig

Per questo, sono state numerose le visite di esperti e professionisti del settore, provenienti da ogni parte del mondo, presso il Wet Rig di Avio Aero a Brindisi. Dentro questo impianto di prova - situato nel comprensorio dello stabilimento Avio Aero (dove inoltre è appena nata una nuova area additive manufacturing per la stampa 3D dei componenti del GE Catalyst) - è possibile testare, sia dal punto di vista operativo che meccanico, il funzionamento del motore e in particolare del FADEC, disponendo del vero sistema fluidi (aria, olio, carburante) e delle vere trasmissioni accessori e di potenza. Inoltre il Wet Rig, in una delle due sale test, presenta un banco prova per la trasmissione di potenza dell’elica, al cui interno l’aerodinamica e l’idraulica delle reali fasi di volo sono fedelmente riprodotte.

Brian Cozine è Responsabile Design per l’elica del Cessna Denali presso McCauley (azienda americana che con Textron ha proprio lo stesso grado di parentela che Avio Aero ha con GE Aviation) e ha ovviamente visitato il Wet Rig, ospite di Simone Castellani. In particolare, Cozine si è fortemente interessato a una delle due sale in cui si testano veri componenti attraverso la simulazione elettronica del motore Catalyst: la sala, appunto, con la trasmissione di potenza disegnata e prodotta in Avio Aero. Quella che aziona le solidissime, e al tempo stesso leggerissime, eliche in materiale composito che McCauley sta realizzando per il Denali.  

“Il Wet Rig di Brindisi è una sala prove unica al mondo” spiega Castellani, mentre al fianco di Cozine si trova davanti alla manetta posta tra gli schermi della sala controllo nel Wet Rig, vagamente evocativa dei grandi schermi e delle leve di comando a bordo della U.S.S. Enterprise in Star Trek. “Qui verifichiamo la capacità del FADEC con il controllo integrato dell’elica di programmare e gestire i flussi di olio, carburante e aria, testando il funzionamento dell’intero sistema motore in qualsiasi regime operativo, giacché questo viene simulato elettronicamente in tempo reale. Il simulatore interagisce con il FADEPC che monitora e controlla i vari sensori e attuatori, traducendo gli input elettrici in output elettrici e meccanici che regolano il passo dell’elica, il flusso di carburante e di aria durante ogni fase di volo o condizione atmosferica, realmente ricreata al banco.”  

A rendering view of the new Cessna Denaly by Textron Aviation

Cozine è totalmente affascinato da come all’interno di questo impianto nel sud Italia sia possibile realizzare una sperimentazione tanto accurata: “il simulatore tecnologico che abbiamo nella sede Textron Aviation di Wichita (Kansas, USA, ndr.) si chiama Iron Bird ed è simile, ma più votato alla simulazione di volo e prestazioni motore dal punto di vista digitale. Poco tempo fa abbiamo ricevuto un FADEC e l’abbiamo installato per verificarne integrazione e funzionamento all’interno del sistema di Wichita.”

McCauley di Textron Aviation è uno dei più grandi produttori e designer mondiali di eliche aeronautiche: oltre 500 modelli in produzione, a bordo delle più leggendari aeroplani a elica (Beechcraft, Cessna, Piper, Stoddard Hamilton e una moltitudine ancora). “L’elica a 5 pale del Denali è stata progettata con materiali compositi che le conferiscono un’aerodinamica perfetta in grado di integrarsi sia con il velivolo, sia con il motore per offrire ottime performance.”

Nella sua prima missione italiana, Cozine concentra la sua attenzione su quattro elementi cardine: velocità, spinta, rumore e peso. “Textron Aviation e McCauley vogliono assicurarsi che il Wet Rig fornisca risposte utili in termini di spinta e potenza espressa in cavalli, ovvero che confermi la sincronia tra queste due. E qui, per la prima volta dopo tre anni di intensa collaborazione insieme al team di Avio Aero per il Denali, ho avuto una risposta soddisfacente sull’operatività congiunta di motore ed elica” dice Cozine.

D’altronde, questa è anche la prima volta nella storia dei turboprop in cui si è avuta la possibilità di simulare l’esperienza umana di volo reale dall’interno di una sala test, prima che il vero aereo (ma anche il motore intero) venisse testato. “Spero che il mio team comprenda l’ampio ventaglio di possibilità che offre la simulazione presso il Wet Rig e quanto le condizioni di operatività qui riprodotte siano impossibili o costosissime da riprodurre nel mondo reale.”

Risposte fondamentali, specie nei confronti degli utilizzatori finali cui è dedicato l’appassionato lavoro di sviluppo di Cozine e Castellani. I due, oltre alla comune missione tecnico-professionale, condividono tra l’altro la passione per il volo e sono entrambe piloti amatoriali. “Anche se Brian volando da oltre venti anni è un bel po' più esperto di me” si defila Castellani, che sin dall’età di 3 anni è stato attratto dal piccolo aeroporto vicino al quale è cresciuto, tanto da prendere la licenza di pilota appena ci fu l’occasione.

Oggi Castellani, non appena può permettersi una pausa da test e avanzamenti di programma, non vede l’ora di entrare in cabina di comando: “se lavori nell’aviazione, specie quella privata, e ti occupi del prodotto da vicino è altamente raccomandabile un brevetto da aviatore… ti permette di avere passione per quello che fai e una prospettiva reale sul prodotto”.

Cozine invece è stato da sempre un amante delle costruzioni, per un pelo non è diventato un ingegnere civile: forse grazie agli aeroplanini telecomandati di cui si è innamorato fin da piccolo. “Al liceo un’insegnate mi portò a fare una vera lezione di volo per premiarmi: fu allora probabilmente che mi innamorai degli aerei. Mi attrae la loro struttura così resistente, eppure leggera, snella, così come il fatto di costruirla. Essere piloti e lavorare nell’industria aeronautica ti permette di pensare a prodotti di livello superiore, in linea con ciò che si aspetta un pilota” conclude Cozine.

Brian Cozine Head of Propeller Design for the Cessna Denali

"Mi attrae la struttura degli aerei così resistente, eppure leggera, snella. Essere piloti e lavorare nell’industria aeronautica ti permette di pensare a prodotti di livello superiore, in linea con ciò che si aspetta un pilota".

C’è solo un tema su cui Cozine e Castellani dissentono: l’influenza del motore sulle performance generali del velivolo. Secondo Cozine pesano ragionevolmente per il 50%, ma per Castellani possono agevolmente rappresentare il 95%. Ma questi sono solo punti di vista.

Cessna Denali images in the page are courtesy of Textron Aviation ©

AUTHOR

Yari Bovalino