Un futuro di cieli puliti

Aumentano le pressioni sull’industria aeronautica affinché riduca il proprio impatto ambientale e, con l’Unione Europea tesa a ridurre drasticamente le emissioni del trasporto aereo, è tempo di costruire aerei più ecocompatibili.

Contenuto correlato

Aumentano le pressioni sull’industria aeronautica affinché riduca il proprio impatto ambientale e, con l’Unione Europea tesa a ridurre drasticamente le emissioni del trasporto aereo, è tempo di costruire aerei più ecocompatibili.

Stando all’InternationalAir Transport Association (IATA), l’aviazione produce circa il 2 percento delle emissioni globali di anidride carbonica, ossia un’incidenza minima sul grave problema del cambiamento climatico.

L’obiettivo a lungo termine di costruire aerei a emissioni zero sembrerebbe conseguibile nei prossimi 50 anni, ma il settore deve affrontare sfide più immediate.

“Le stime indicano una crescita annua dell’aviazione civile tra il 5 e il 6 percento per i prossimi anni e qui sta il problema principale”, dichiara Jürgen Haacker, Director of Operations, Technical Activities, della IATA.

“Lo sviluppo è un fattore positivo, così come lo è il fatto che le persone siano più libere di viaggiare. Questo pone però un’ulteriore sfida al settore affinché agisca in tempi più rapidi che in passato”.

Migliorare l’operatività delle linee aeree e i piani di volo è un modo per aumentare l’efficienza, ma occorre puntare alla tecnologia. “Esortiamo i costruttori a essere più attivi sul fronte dell’efficienza dei velivoli”, commenta Haacker. “Tutti si adoperano per realizzare fusoliere e ali con maggiori quantità di materiali compositi, ma occorre prestare attenzione anche all’efficienza dei motori. Gli studi evidenziano che circa due terzi dell’efficienza energetica complessiva è data da motori in grado di consumare meno carburante, mentre un terzo è riferibile alle caratteristiche costruttive dei velivoli. I costruttori intendono aumentare l’efficienza energetica del 20-25 percento tra il 2015 e il 2020, con la prevista sostituzione dell’attuale flotta a corto raggio”.

In linea con questo obiettivo, la SKF ha fatto dello sviluppo di soluzioni ad alta efficienza energetica un caposaldo della sua strategia per il settore dell’aviazione.

La SKF Aerospace è attivamente impegnata nella realizzazione di soluzioni più ecologiche, in particolare di cuscinetti dei motori, aste e montanti di materiale composito, cuscinetti per cellule di aereo, carrelli di atterraggio e aleroni, timoni, elevatori, spoiler e prodotti meccatronici. L’adozione delle soluzioni SKF su tutti i nuovi velivoli commerciali a corto e lungo raggio consentirebbe di risparmiare circa 200 milioni di litri di carburante all’anno, vale a dire quasi 600.000 tonnellate di emissioni di CO2 in meno.

“I nostri principali clienti sono sensibili al problema ambientale e mirano a costruire motori più ‘verdi’”, dichiara Frédéric Ponchon, direttore del settore Engine and Gearbox della SKF Aerospace, leader mondiale nella costruzione di cuscinetti per motori avio. “Nelle offerte e nelle specifiche si fa sempre riferimento all’impiego di prodotti ecocompatibili. Il ‘verde’ è diventato un argomento commerciale e ogni nostra nuova proposta è ispirata alla politica di sostenibilità della SKF volta a realizzare prodotti più ecologici”.

Gilles Labouret, marketing manager della SKF Aerospace, aggiunge in proposito: “Il tema ambientale è relativamente recente, ma per la SKF Aerospace è parte integrante della strategia con cui da decenni mira a ridurre il peso dei velivoli, dato che a un minor peso corrisponde un minor consumo di carburante e, quindi, un minor tasso di inquinamento”.

 

Essendo la causa direttadelle emissioni inquinanti, è assolutamente prioritario rendere i motori più efficienti e, in quest’ottica, le prestazioni dei cuscinetti sono determinanti. “Da parte dei costruttori di motori c’è la volontà di sviluppare unità che consumino meno”, osserva Ponchon. “E noi offriamo loro la nostra collaborazione per definire i cuscinetti più idonei per queste nuove applicazioni. Il contributo di ogni singolo componente porta a un grande risparmio energetico complessivo”.

L’obiettivo di contenere i consumi è reso più fattibile dalle moderne tecnologie, quali il geared turbofan della Pratt & Whitney canadese, che è già sul banco prova. Fase di collaudo imminente anche per il costruttore francese Snecma, che per il suo nuovo motore a getto impiega due ventole, anziché una sola nella presa d’aria, le quali sono collegate meccanicamente e ruotano in senso opposto; in tal modo si riduce la turbolenza e si migliorano le prestazioni del motore. Grandi aspettative in termini di efficienza anche per i motori a rotore aperto, a patto che si trovi una soluzione al maggiore livello di rumorosità.

“Per definire i cuscinetti più idonei per questi nuovi motori ci avvaliamo di una tecnologia specifica, elaborata con i clienti”, spiega Ponchon. “Tutte le prove che eseguiremo nei prossimi cinque-sette anni serviranno a perfezionare questa tecnologia, il cui fine è realizzare un motore capace di ridurre del 30 percento il consumo energetico”.

La SKF Aerospace sta valutando la tecnologia dei cuscinetti ibridi, costituiti da anelli in acciaio e da corpi volventi in ceramica. I vantaggi vanno da una maggiore durata di esercizio a minori perdite di potenza. “Nei cuscinetti i corpi volventi in ceramica permettono di ridurre la lubrificazione e con essa la quantità di olio necessaria al motore, il che significa anche una riduzione di peso”.

Per gli alberi principali dei geared turbofan, la SKF sta sviluppando dei cuscinetti a rulli conici che incorporano il materiale ceramico e sono in grado di offrire maggiore resistenza alle sollecitazioni in senso radiale rispetto ai tipi completamente in acciaio. Tra le tecnologie in fase di sviluppo c’è anche la gabbia in materiale composito. “I materiali impiegati oggi per le gabbie sono leghe di acciaio o di rame, argentate per ottimizzare i coefficienti di attrito. Il processo per ottenere questo rivestimento elettrolitico è molto inquinante, per questo nella fabbricazione dei nostri prodotti intendiamo sviluppare tecnologie più ecologiche”, dichiara Ponchon.

Anche nell’ambito della manutenzione la SKF ha introdotto procedure più ecocompatibili. “Dopo aver smontato un motore per la revisione, la compagnia aerea ci manda i cuscinetti affinché siano ispezionati e rigenerati. Invece di rottamarli – come avveniva in passato – ci occupiamo di rigenerarli, esattamente come fa il meccanico con i freni dell’automobile. Anche questo serve a proteggere l’ambiente”.

 

Nell’intento di migliorarel’efficienza energetica dei velivoli, la SKF, oltre a ottimizzare le prestazioni dei motori, punta a ridurre il peso complessivo attraverso la gamma di aste, cuscinetti e prodotti meccatronici. “Possiamo dare un grande apporto ovunque siano impiegati snodi sferici di grandi dimensioni – per esempio, all’estremità dei flap, o nei carrelli, dove ci sono parti che pesano anche diversi chilogrammi. Siamo stati capaci di ridurre questi pesi anche del 60 percento e, nel complesso, si tratta di un risparmio enorme”, osserva Labouret.

Insieme alla Airbus, la SKF ha realizzato aste in materiale composito in fibra di carbonio con la tecnica detta Resin Transfer Moulding, RTM. “Le caratteristiche sono simili a quelle dell’acciaio, ma il peso è inferiore”, chiarisce Labouret. “Per la SKF, che è un leader di mercato, le aste in materiale composito rappresentano uno dei prodotti su cui puntare in futuro”.

Il prezzo di tali aste è però elevato. Per questo la SKF ha da poco lanciato una nuova gamma di aste realizzate con la tecnica della “pultrusione”, o estrusione per trazione, che offrono il vantaggio di essere economiche – il costo è pari, se non inferiore, a quelle metalliche – e di essere leggere. “Siamo in grado di offrire un assortimento davvero completo per soddisfare tutte le esigenze, dalle aste di piccole dimensioni in grado di reggere carichi relativamente pesanti alle aste di grandi dimensioni in RTM composito, che sostituiscono quelle in acciaio”, aggiunge Labouret.

Anche i sistemi di attuazione elettromeccanici, o fly-by-wire, possono contribuire al risparmio energetico. Secondo Haacker della IATA, in termini di riduzione di peso, questi sistemi permettono di migliorare l’efficienza dei carburanti del 3-4 percento rispetto ai sistemi idraulici.

“Il fly-by-wire è un concetto sviluppato essenzialmente dalla SKF con l’Airbus, ma che si va sempre più diffondendo. Anche la Dassault e la Boeing installeranno in futuro questi sistemi sugli aerei commerciali”,
dichiara Labouret. Il principale argomento a tutela dell’ambiente è la riduzione di peso, ma il sistema throttle-by-wire offre anche un notevole risparmio di carburante (vedere riquadro).

 

Secondo Labouret, la possibile introduzione da parte dell’UE di norme più severe in materia di emissioni ha fatto balzare in primo piano la questione degli aerei più verdi. “L’aviazione incide in misura di circa il 2 percento sul totale delle emissioni di CO2, ma ciò che preoccupa di più è la rapida crescita del trasporto aereo. Si stima che nei prossimi sei anni questa percentuale salirà al 6 percento e questo è un problema. La UE sembra intenzionata a imporre una riduzione delle emissioni del 50 percento”. Secondo i calcoli attuali, si potrebbe ottemperare a questa riduzione riorganizzando gli
aeroporti, creando piste più dirette, modificando le rotte di volo e, in parte, adattando la progettazione di aerei e motori. Per Labouret, “Questo è il momento giusto per la SKF di posizionarsi in questo settore. Abbiamo già realizzato numerose soluzioni e continueremo a
svilupparne di nuove”.


Riduzione di peso sull’Airbus A380

La SKF Aerospace ha collaborato con l’Airbus al nuovo A380 a lunga percorrenza, che, con i suoi 555 posti, è l’aereo per il trasporto civile più grande del mondo. Il team di progettisti dell’A380 si è basato sul principio che a una riduzione di 10 kg nel peso dell’aereo corrisponde un risparmio di quasi mezzo litro di carburante per ogni ora di volo. Le soluzioni della SKF, dai cuscinetti in titanio alle aste in materiale composito ai sistemi di attuazione fly-by-wire, hanno permesso di ridurre il peso dell’aereo di circa due tonnellate, che equivale a un risparmio di carburante di quasi 100 litri all’ora per un velivolo commerciale a lungo raggio.

I cuscinetti SKF in titanio sono impiegati sui carrelli di atterraggio, i telai di supporto del motore e gli aleroni. Con il solo carrello di atterraggio si è ottenuta una riduzione del peso complessivo dell’aereo di 110 kg, che vanno a sommarsi ai 90 kg ottenuti con il telaio e gli aleroni. In termini di carburante, questo equivale a un risparmio di quasi 10 litri per ora di volo. Le aste SKF hanno portato a una riduzione complessiva di 111 kg, pari al 40 percento, che equivale a un risparmio di circa 5 litri di carburante all’ora.

Ancora più significativo è il contributo del sistema fly-by-wire. Rispetto ai sistemi idraulici, gli attuatori elettromeccanici SKF hanno ridotto il peso di circa 1.600 kg, cioè un risparmio di più di 75 litri di carburante ogni ora di volo.


Throttle-by-wire

I costruttori puntano costantemente al miglioramento del valore e delle prestazioni dei loro aerei per ottenere un vantaggio competitivo. Per questo settore, la SKF ha realizzato il sistema “throttle by wire”, una leva elettromeccanica per il controllo gas che regola la potenza del motore. “Il sistema è progettato per ottimizzare il controllo della potenza e quindi per produrre risparmi energetici”, dichiara Gilles Labouret, marketing manager della SKF Aerospace. “Ottimizzando la potenza del motore in funzione delle esigenze si ottiene una riduzione dei consumi pari al 5 percento. Se il sistema fosse adottato da tutti i velivoli commerciali, si otterrebbero risparmi consistenti”.

Nell’ipotesi di velivoli equipaggiati con i sistemi SKF “throttle-by-wire” queste sono le stime di risparmio (considerando una flotta mondiale di 25.000 unità):

  • Risparmio di carburante per ora di volo per aereo: 100 litri
  • Risparmio annuo di carburante per aereo: 50.000 litri
  • Risparmio di carburante per la durata di esercizio di un aereo: 1 milione di litri
  • Risparmio di carburante per la durata di esercizio di 25.000 aerei: 25.000 milioni di litri