Ritorno al Futuro

Viaggiare da una città all’altra o attraverso una megalopoli tra intelligenza artificiale, propulsione elettrica e ibridizzazione, per i professionisti dell’aviazione non è solo fantascienza.

febbraio 2019

Il 2020 è ormai alle porte e nelle più moderne metropoli del mondo non v’è ancora concreta traccia di shuttle o piccoli velivoli per il trasporto urbano. Per evitare di infrangere da subito i sogni delle generazioni “pre-millenial” – quelle allevate dai capolavori letterari e cinematografici che venti o quarant’anni fa prospettavano città futuristiche sorvolate da mirabolanti macchine – è utile considerare alcune sensate informazioni, partendo dalla città di Bari.

Infatti, nel capoluogo pugliese da nove anni esiste l’Energy Factory Bari (EFB), uno dei laboratori Avio Aero nato, nella fattispecie, dalla partnership con il Politecnico e spesso sotto le luci della ribalta in virtù del fondamentale contributo relativo allo sviluppo del “cervello digitale” del nuovo motore turboelica GE Catalyst. Ma l’attività dell’EFB va oltre: sin dalla nascita questo laboratorio si è concentrato sulla innovazione dei sistemi elettrici, elettronici e fluidici (aria, olio, carburante) per la propulsione aeronautica.

“Siamo partiti facendo ricerca su macchine elettriche e convertitori di potenza, al fine di sviluppare tecnologie abilitanti per la propulsione elettrica. Lo scopo finale è quello di contribuire alla riduzione di rumore ed emissioni e di implementare nuove modalità operative” spiega Giuseppe Giliberti, Senior Staff Engineer all’EFB. Nel 2018 per l’appunto, il laboratorio, nell’ambito di un progetto di ricerca, ha realizzato e “fatto girare” un dimostratore tecnologico per la propulsione di un UAV composto da un motore elettrico e uno termico con potenza complessiva di 90kW.

“Prima dello sviluppo del FADEC con controllo integrato dell’elica, che comanderà il nuovo motore turboelica GE Catalyst, era difficile immaginare un prodotto digitale così sofisticato per il settore della aviazione privata e corto raggio, semplicemente perché non esistevano prodotti simili” continua Giliberti. Le capacità del team EFB per quel trittico di sistemi sono risultate essenziali: il sistema elettrico del motore, per mezzo di sensori, acquisisce e trasferisce al FADEC tutta una serie di misure (pressioni, temperature, portate, coppia, livelli) che servono ad attivare le logiche di controllo del motore. La chiave di volta sta poi in come si utilizzano questi dati, come si decifrano e combinano per fornire risposte o previsioni relative allo stato, operatività e performance del velivolo in tempi brevissimi.

Cristian Lai on the right and Giuseppe Giliberti at the EFB

"Prima dello sviluppo del FADEC con controllo integrato dell’elica era difficile immaginare un prodotto digitale così sofisticato per il settore della aviazione privata, semplicemente perché non esisteva"

La scienza predittiva e l’avionica sono ormai assodate per l’aviazione commerciale, sui voli di linea o sui velivoli a medio-lungo raggio che comunemente collegano luoghi e passeggeri. Sin dagli anni 60 almeno, l’avionica ha studiato e fornito soluzioni per il trasporto aereo, ovvero per aerei medio-grandi e motori a essi adibiti: sistemi e apparecchi molto noti, come le scatole nere, o meno comuni, come il QAR (Quick Access Recorder). Quest’ultimo comprende tutti gli strumenti che raccolgono ed elaborano dati grezzi del motore e dell’aereo a terra e in volo, a beneficio della sicurezza e dell’efficienza operativa. Sono strumenti essenziali per le linee aeree e le torri di controllo, come per i piloti che ci interagiscono dalla cabina di comando.

Sistemi e strumenti avanzati che hanno un’intelligenza evoluta, quindi molto costosi, e la cui efficacia per il monitoraggio e la capacità predittiva risulta sempre più necessaria anche a bordo di aerei destinati al trasporto privato, ludico come anche per affari. L’industria dell’aviazione si sta muovendo verso questa direzione, investendo in tecnologie dedicate a questo tipo di velivoli: il FADEC che sarà a bordo del nuovo Cessna Denali è un primissimo, e riuscito, esempio.   

“Nell’aviazione, dire tra dieci o vent’anni significa dire domani… da un punto di vista tecnologico” commenta Cristian Lai, Controls Sub-Section Manager all’EFB. “Infatti, già da diversi anni si assiste all’intensificazione dei voli privati e si sente parlare di crescita esponenziale del trasporto privato su aerei a corto raggio.” Per questo Lai, insieme al team di Bari, già da anni persegue l’obiettivo del “fly by wire”: poter, cioè, governare tramite un solo cavo elettrico, con le opportune ridondanze, il motore o addirittura l’intero aereo. Il loro lavoro prosegue nell’intento di consolidare tecnologie che abilitino la piena autorità digitale del motore aereo, integrandosi sempre più con le soluzioni dell’avionica, gestendo potenza e spinta tramite un sistema automatico di controllo in volo e infine ibridizzando il volo stesso. 

The City Airbus demonstrator for future urban mobility

Lai non ha dubbi su quanto l’aviazione privata, i piccoli aerei a corto raggio, ma anche elicotteri e UAV (Unmanned Aerial Vehicles, anche noti come droni) non solo avranno assoluto bisogno di sistemi di controllo e predizione basati su dati, ma andranno probabilmente verso una propulsione “fully electrical” o ibrida. Non si può certo confutare questa visione se si pensa alle centinaia di elicotteri che quotidianamente sorvolano Singapore, Rio o Città del Messico. “Non solo i più grandi player del settore aeronautico lavorano su queste tecnologie, ma anche grandi case automobilistiche sono protagoniste di un avvicinamento entusiasmante, quanto senza precedenti, alle aziende aeronautiche e alla loro competenza tecnica in merito” conclude Lai.

La buona notizia, per le succitate generazioni, è quindi che la metropoli futuristica non rischia la fine della leggendaria Atlantide, sebbene l’empirica concretezza dell’ingegneria inviti ancora a tenere i piedi ben saldi a terra per considerare ogni elemento. “Da un lato, l’esperienza di Bari conferma che la virtualizzazione del volo - realizzata attraverso dati estratti, trasmessi, elaborati e monitorati costantemente - abilita l’obiettivo principale dell’integrazione completa dell’aereo con la sua unica fonte di energia, il motore” spiega Luca Bedon, Advanced Technology leader di Avio Aero. “Dall’altro lato, il livello tecnologico e di performance della propulsione totalmente elettrica ci dice che, per ora, questa soluzione è limitata al piccolo trasporto aereo (da 2 a 10 persone ad esempio, ndr.), mentre per l’aviazione commerciale dovremo aspettarci architetture ibiride, con soluzioni differenti a seconda del segmento di mercato.”

In buona sostanza, semplificando tutta una serie di fattori tecnici esaminati da Bedon, risulta chiaro che oggi un aereo di linea elettrico è impensabile, semplicemente perché le sue batterie dovrebbero occupare quasi lo stesso volume dell’aeromobile. In particolare, su questo ultimo punto, Bedon aggiunge che “l’incremento della densità energetica, ossia la riduzione del volume e del peso di una fonte di alimentazione elettrica, è una delle principali sfide: ma ce ne sono diverse altre, come la miniaturizzazione dell’elettronica o la capacità di trasferire l’elettricità efficientemente. Anche questi, temi prioritari”.  

Future mobility concept by Rolls Royce

Ci vuole molta visione, e insieme agli elementi tecnologici sono almeno altri 3 gli elementi da considerare con molta attenzione: l’economia, la regolamentazione aeronautica e l’impatto culturale. Infatti, tecnologicamente si lavora sul miglioramento delle performance dell’ibrido o “fully electric” ripensando alla forma del velivolo stesso: la piccola aviazione privata, in sostanza, sarà sempre meno caratterizzata da forme aerodinamiche classiche, con ampie ali e timoni, ma ci si potrebbe dirigere verso sistemi di propulsione “distribuita”.

Macchine volanti con sei, otto o dieci eliche, anche di dimensioni diverse, per il decollo verticale che spingono e direzionano il velivolo (diversamente sarebbe complicato in città): in questo contesto, i sistemi di controllo digitali e l’integrazione totale di propulsore e aereo diventano cruciali.

In seconda battuta però è l’economia, il mercato, che concede le principali chance per l’evoluzione delle future soluzioni di trasporto aereo attirando investimenti e generando un ritorno economico. “Non è certo una novità che da tempo colossi dell’aviazione come Airbus, Boeing, Rolls Royce siano fortemente interessati e attivi” racconta Massimo Castorina, Strategy Sales & Business Development Leader per Avio Aero, “ma anche diverse PMI e Start-Up hanno già portato sul tavolo delle grandi aziende aeronautiche progetti di macchine che volano. Nel 2018 si è osservato un boom di nuovi progetti”. Addirittura, grandi realtà industriali che mai nella loro storia si sono occupate di propulsione, ma che detengono una forte leadership e capacità in campo elettrico ed elettronico, come Siemens ad esempio, mostrano più di un interesse verso tali svolte innovative per la propulsione aeronautica.

The vertical take-off and landing vehicle-BlackFly-from the Canadian Opener Aero

La piccola aviazione privata andrà sempre meno verso forme aerodinamiche classiche: macchine volanti con sei, otto o dieci eliche, di dimensioni diverse, per il decollo verticale che spingono e direzionano il velivolo. 

“La discriminante continua ad essere la capacità e il range del trasporto” dice Castorina, “ma anche le infrastrutture disponibili in ogni città per l’operatività e la ricarica elettrica: per diverse ragioni, non si è ancora pronti a gestire una vera domanda. Inoltre, oggi a incidere sulla valutazione economica e la portata degli investimenti è sempre la convenienza e in questo momento la propulsione ibrida non fornisce ancora un adeguato vantaggio economico sulla propulsione termica”.

A tutto ciò va poi aggiunto che da parte delle istituzioni aeree, come EASA e FAA in primis, che certificano tecnologie e regolamentano il volo a livello nazionale o internazionale, non esiste alcun protocollo di certificazione, ad oggi. “Intanto la commissione Europea ha cominciato a muoversi, sulla spinta dei primi progetti che stanno già volando” continua Castorina, “e ha recentemente pubblicato una primissima bozza per altitudini fino a 150 metri in città”.

Infine, per quanto l’immaginario collettivo sia suggestionato e, in parte, ammaliato dalla prospettiva di una evoluzione volante della mobilità urbana, il tema dell’impatto culturale è da tenere in grande considerazione.

Se è vero che le infrastrutture imporranno una certa trasformazione urbanistica, è altrettanto impensabile che nel giro di pochi anni ogni automobilista si trasformi in provetto pilota. E la considerazione che immediatamente segue è: siamo pronti a farci portare in volo da un pilota virtuale, per quanto asservito ai nostri comandi, regolato e interconnesso con basi di controllo e monitoraggio a terra!?

Cover and page 2nd images are courtesy of Airbus ©, Page 3rd image of Rolls Royce © ,Page 4th image of  Opener, Inc.

AUTHOR

Yari Bovalino