Federated Testing

Un team di cervelli europei sta accompagnando il nuovo motore turboelica di GE verso il suo primo volo grazie a una miriade di sensori e cavi, a sale prova avanzate e al gemello digitale.

marzo 2019

I lettori di about ricorderanno come la città dell’auto per antonomasia ospiti uno dei più avanzati centri sperimentali per le prove su motori aerei e sui loro componenti. Forse, avranno altrettanta memoria della varietà di moduli e motori civili e militari che sono  testati nel centro Sperimentale del Sangone, a sua volta connesso con altri centri prova specializzati in Italia e all’estero. Da alcuni mesi, il primo motore di GE Aviation progettato e venuto al mondo direttamente in Europa è proprio al centro una intensa campagna di test.

Il motore Catalyst - che monterà sul nuovo Cessna Denali - è stato testato e acceso per la prima volta in tempi record nel dicembre 2017 presso GE Aviation Czech a Praga, dove ha sede il quartier generale di GE per i turboelica. Ma questo traguardo è in realtà il risultato di un appassionato lavoro di squadra cominciato ben prima di allora, da parte del network di cervelli GE Aviation, soprannominato Federated Europe.

L’obiettivo primario di questo network Europeo è scambiare conoscenza e collaborare alla ricerca e sviluppo per programmi motoristici, siano questi in operatività o di nuova generazione: GE90, GEnx, LEAP, Passport, GE9X, ad esempio. Tra questi, il Catalyst è l’unico con passaporto totalmente Europeo, sostanziato da 400 milioni di dollari investiti da GE nel continente. 

“Dal 2016 supportiamo il testing del Catalyst nello specifico per la strumentazione del motore, con la responsabilità della progettazione della completa strumentazione” dice Piergiorgio Belloni, Instrumentation Design Engineer e Engine Test Leader. “L’intento della nostra attività è da sempre quello di creare un team con capacità tecniche a 360 gradi, ma anche digitali, per il design e l’applicazione di strumentazione su interi motori o componenti aeronautici, coordinandoci con il network di laboratori europeo”.

Piergiorgio-Belloni-first-on-the-right-with-his-team-in-Turin-Sangone-Center

La strumentazione del motore in questione consiste, in estrema sintesi, nell’applicare attorno a tutta la parte esterna del motore oltre 500 sensori - comprendendo anche diversi componenti al suo interno - collegati tra di loro con sottilissimi cavi di trasmissione segnale dal diametro di 0,8mm. Tutto questo serve a raccogliere l’output più prezioso per gli ingegneri che devono analizzare le performance del Catalyst ed eventualmente migliorarle od ottimizzarle: dati di performance in diverse condizioni operative. 

Jiri Machula, Instrumentation Labs Manage per il Catalyst in GE Aviation Czech, ha lavorato, insieme al suo team, fianco a fianco con i colleghi italiani di Avio Aero, e in particolare con Belloni e tutto il team responsabile della strumentazione del motore Catalyst. “A Torino hanno progettato la strumentazione completa del motore, che abbiamo poi assemblato qui condividendo processo e metodo” dice Machula. “Questo ci ha permesso di accrescere decisamente le capacità e le competenze dei team nei rispettivi paesi, quindi di trasmettere ulteriormente questi avanzamenti agli altri laboratori GE Aviation in Europa”.

Il motore Catalyst verrà sottoposto principalmente a simulazioni che valutano il comportamento del motore in caso di vibrazioni, o la sua durata, la resistenza. “Durante tali prove si verificano le vibrazioni, in particolare, nei confronti delle strutture esterne dell’aereo che ospitano il motore e anche dell’elica stessa, e si effettuano anche manovre transitorie di accelerazione o decelerazione con livelli di potenza motore decisamente rilevanti” dice Belloni.

“La lettura dei risultati del test tramite i vari sensori ci permette di valutare il comportamento del motore nelle condizioni di massima vibrazione, ad esempio” spiega Belloni. “Di fatto quello usato per il Vibration Practice Test è di fatto il primo motore delle fasi di test col quale viene simulata completamente l’installazione del motore sul velivolo, compresa la sua struttura di sostegno.”

From-the-left-Jiri-Machula-with-Clarice-Carmone-and-their-team-in-Prague

Ma ciò che ha impegnato notevolmente il team italiano, e quello che Belloni sottolinea, è lo speciale lavoro di modellazione 3D alla base della progettazione. “Ogni singola parte della strumentazione è stata prodotta in ambiente digitale 3D ed è stata la prima volta che in Avio Aero abbiamo utilizzato questo metodo su un motore intero oltre”.

In pratica, il motore Catalyst è stato dotato di un Digital Twin: una riproduzione virtuale della strumentazione per il testing è stata installata sul motore digitale. Ogni parte del motore è stata passata al setaccio sugli schermi dei computer, da lì si sono applicati sensori, supporti e cavi provando ogni configurazione con la possibilità di intervenire in tempo reale, in ambiente virtuale. Questa tecnologia ha concesso l’evidente vantaggio di ridurre ogni errore o rischio di interferenze durante le operazioni sul motore reale, oltre a permettere di condividere l’intera sequenza di montaggio, e molti altri dati, con tutto il team di lavoro per ogni valutazione necessaria. 

Il processo di certificazione che entro quest’anno porterà, passo dopo passo, il motore Catalyst a volare per la prima volta, attraversa diversi snodi della rete ingegneristica europea. In ambito italiano, a Pomigliano si testa il combustore in sale dedicate e a Brindisi si trova il simulatore elettronico del Catalyst con installato il suo cervello digitale. A Praga, invece, si trova la sala prova in cui il motore è stato avviato con successo il 22 dicembre 2017.

Advanced Turboprop

"Se ripenso a tutte le volte in cui ho guardato il motore su schermo, ciò che mi lascia stupefatto è la corrispondenza con la realtà: esattamente come l’avevo immaginato"

Inoltre, grazie alla collaborazione per la ricerca e sviluppo avviata nel 2016 tra GE Aviation Czech e la Czech Technical University di Praga (CVUT), il GE Catalyst potrà beneficiare di due nuovissimi impianti di prova per test di motori turboelica moderni che CVUT sta costruendo. 

Le sale in costruzione sono situate all’interno di un luogo assolutamente suggestivo, l’aeroporto di Hradce Králové a circa 125km dalla capitale ceca. L’aeroporto fu costruito nel 1927 dall’aeronautica militare nazionale, poi durante l'occupazione tedesca della 2° guerra mondiale fu addirittura ampliato servendo da centro d’addestramento e venne ulteriormente riammodernato negli anni ’50: oggi, pur essendo capace di ospitare qualunque tipo di velivolo, viene utilizzato solo per l’aviazione privata. 

“Ciascuna delle due celle viene edificata all’interno dell’originaria struttura hangar che ospitava anche velivoli come il MIG-21” spiega Radek Novotny, Project Leader delle sale prova all’aeroporto TK Job. “Sia nella parte frontale sia sul retro, le sale sono inoltre silenziate con un sistema eccellente che riesce a ridurre entro i limiti di legge anche rumori simili a quello che si potrebbe sentire a un metro di distanza da un aereo in fase di decollo” dice Novotny.

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Le sale di Hradce Králové saranno poi in grado di riprodurre le condizioni ambientali che il motore Catalyst affronterà in volo grazie a un sistema di termo-distribuzione dell’aria nella sala e direttamente all’interno del motore. “Entrambe le celle prova potranno anche ospitare il motore equipaggiato con l’elica” spiega Clarice Carmone, Program Leader Supply Chain per il GE Catalyst presso GE Aviation Czech.

Ed è appunto quest’ultima peculiarità che rende tali test propedeutici, ed essenziali, per il primo volo ufficiale e alla certificazione finale da parte delle autorità aeronautiche.