Tra cielo e sabbia

Dall’interno di una delle sale prova Avio Aero, una speciale campagna di test migliorerà il modo in cui i motori degli aerei di linea affrontano le condizioni naturali più estreme. 

febbraio 2020

Nella torrida estate italiana, un lungo tir approccia i cancelli dello stabilimento di Avio Aero a Pomigliano d’Arco, pochi chilometri a nord di Napoli. Trasporta un carico eccezionale da circa 5 tonnellate, il motore GEnx-1b che ha attraversato l’Atlantico a bordo di un volo cargo partito dall’aeroporto di Chicago ed è stato infine recapitato agli specialisti della sala prove napoletana. Quest’ultima è la più grande in Italia, e tra le cinque più grandi in Europa, capace di testare diversi modelli di motore per aerei di linea (oltre al GEnx, LEAP, Passport20, CFM56).

Il motore GEnx-1b equipaggia tutti i modelli di Boeing 787 Dreamliner, un aereo di ultima generazione a doppio corridoio per tratte da medio fino a lungo raggio: l’esemplare giunto a Pomigliano, affidato al responsabile del Test Engineering e delle Sale Prove del sito, Francesco Gaudino, ha affrontato una campagna di test molto impegnativa e mai svolta prima in Italia.

“A livello Europeo, forse solo una volta, in Germania, sono stati effettuati test della stessa tipologia” spiega Gaudino. “Questa volta, il nostro team, che conta circa 12 persone direttamente coinvolte, ha intrapreso le prove di sand ingestion collaborando fianco a fianco con l’Ingegneria centrale di GE Aviation in Ohio e anche con i centri di ricerca e sviluppo sia europei (come l’EDC di Varsavia), sia statunitensi, come il GRC di Niskayuna (NY)… da questa campagna, infatti, è emersa una serie di dati e risultati che abbiamo condiviso e analizzeremo insieme ai nostri colleghi in modo da offrire soluzioni che migliorino le performance del motore in condizioni estreme.”

L’importante attività cominciata alla fine dell’estate, e che è arrivata ad impegnare il team per oltre 400 ore di attività di prova sul motore in funzione, ruota attorno alla tecnica di sand ingestion: una classica prova del motore in funzione a diversi regimi (taxi, decollo, crociera e atterraggio) e alla massima potenza, accompagnata però da “tempeste di sabbia” riprodotte appositamente (e a varie intensità) nella sala di Pomigliano.

 

Ogni motore che arriva a Pomigliano per essere sottoposto a test, attraversa un processo ben definito che - a partire dal disimballaggio e posizionamento in quella che viene chiamata sala di preparazione e configurazione (proprio accanto alla gigantesca sala con un soffitto alto 12 metri e impianti che consentono di simulare fedelmente l’utilizzo del motore) - richiede molta accuratezza e competenza tecnica.

 “Al di là della straordinarietà di questo specifico test, le operazioni iniziali sono abbastanza consuete per noi”, continua Gaudino. “Dopo il controllo FOD (foreign object damage, ndr.) di tutta l’area, provvediamo a configurare il motore per installarlo all’interno della sala test vera e propria, quindi ad applicare tutta una serie di sensori e sistemi di raccolta dati, poi avviamo l’impianto (che prevede carburante, potenza degli starter, compressori ed essiccatori) e infine, dall’interno della sala comando, intraprendiamo la procedura che ci permetterà di accendere il motore e cominciare.” 

La sala di comando offre la stessa sensazione di una cabina di pilotaggio, se non fosse per la miriade di schermi che circondano le sedute e la grande vetrata che si affaccia direttamente sulla sezione laterale del motore installato nella sala prove: dietro ad esso il lungo tunnel di scarico si perde nel buio e dal lato opposto si staglia l’altissima parete da cui la grande ventola frontale (fan) del motore aspira l’aria dall’esterno.

Nella speciale occasione delle prove di sand ingestion, invece, davanti al fan è stata posizionata una struttura metallica – disegnata e costruita ad hoc dagli ingegneri GE Aviation – dall’affascinante geometria, dotata di diversi piccoli ugelli. È da qui che viene sparata la sabbia, con intensità variabile, direttamente nel fan frontale del motore affinché la sabbia attraversi per intero al suo interno longitudinalmente e penetri eventualmente ogni componente esposto.

A shot of the long preparation process at the testing center in Pomigliano

“Questi test sono appositamente condotti per gli operatori e i nostri clienti diretti che utilizzano i loro velivoli in aree del mondo che tecnicamente chiamiamo ‘Severe Operating Environment, SEO’: si tratta di zone desertiche (ad esempio Africa, Medio Oriente, Australia) o regioni interessate da determinati fenomeni ambientali che diffondono sabbie o polveri in grandi quantità” dice Shawn Pearson, GEnx Engineering Leader. “La sabbia infatti può contrastare l’effetto di raffreddamento che avviene nelle parti calde dei nostri motori, deteriorando le patine protettive presenti sulle superfici metalliche dei componenti interni (come combustore, ma anche turbine) e pertanto accelerando usura e integrità delle parti…infine, può costringere le linee aeree a sostituire parti o addirittura motori interi prima del dovuto, ad esempio.”

Questa tipologia di test, nel centro GE Aviation specializzato di Peebles (un vasto impianto di test in Ohio, opportunamente delimitato in mezzo a una splendida radura), è praticata da molto tempo e su diversi motori: difatti, a Peebles esiste un“dust rig” dedicato. “Ma in questa occasione volevamo collaborare con il team di Pomigliano per trovare soluzioni sempre migliori per nostri clienti in determinate aree geografiche: la possibilità di effettuare test in diverse parti del mondo, non solo a Peebles, e di avvalerci di ingegneri e tecnici su scala globale, ci permette di sviluppare nuovi design per i componenti più soggetti a tali fenomeni, e infine di soddisfare requisiti specifici sui nostri motori da parte di chi opera in condizioni ambientali estreme”.

Un lavoro condotto da team GE in stretta collaborazione, dislocati in tre continenti diversi, che genera una moltitudine di dati e offre grandi opportunità di apprendimento, oltre che di miglioramento non solo del design ma anche delle performance realizzabili durante eventi climatici particolari.

Il vento è un fattore determinante per il volo, giacché il suo flusso, la direzione, stanno alla base del pilotaggio dell’aereo come del funzionamento dei propulsori: in certe zone del mondo, anche ad altitudini sostenute, il vento può trasportare particelle minerarie, come sabbie di diverso tipo e dimensione, a velocità elevate e persino con cariche elettrostatiche.

From the left Peter Nisbet, Chiara Mellucci, Ambarish Kulkarni, Francesco Gaudino, and Ahmed Elkady at the Pomigliano test cell

"Volevamo cooperare insieme al team di Pomigliano al fine di trovare soluzioni sempre più ottimizzate per i nostri clienti che operano e volano in determinate aree geografiche"

"Sono attività di test molto complesse, delicate, ma siamo fieri di occuparci di casi tanto particolari e importanti per il cliente" dice Gaudino, "controlliamo minuziosamente ciò che accade nel motore in sala, periodicamente eseguiamo esami boroscopici su ogni singolo componente, come se lo analizzassimo al microscopio per evidenziare cosa provoca il flusso di aria e sabbia passato nel motore ad alte velocità e temperatura. In questi contesti così sfidanti ci si può trovare in alcune occasioni a dover far fronte ad imprevisti impegnativi che richiedono ottime capacità di problem solving".

Il Dreamliner è un aereo eccezionale, scelto dalle più illustri compagnie aeree mondiali insieme al suo motore GEnx, e possiede un livello tecnologico estremamente avanzato (materiali compositi nel fan frontale e parti in titanio alluminizzato, consumi ridotti a prestazioni elevate): questo tipo di analisi, test e sviluppi, portano questo formidabile propulsore verso soluzioni per resistere anche alle tempeste più estreme. 

AUTHOR

Yari Bovalino