Future
Together we RISE
Il nuovo dimostratore tecnologico di CFM e la sua ambizione di una propulsione aeronautica a emissioni ridotte, trova le sue radici nella ricerca europea, come rivela l’esperienza e la prospettiva di Luca Bedon.
Aug 2021
L’annuncio da parte di GE Aviation e Safran, in una conferenza globale della joint venture CFM il 14 giugno scorso, ha generato forte interesse e insieme una visione per un settore che vede il suo unico obiettivo futuro nella decarbonizzazione, ovvero nell’abbattimento delle emissioni carboniche o inquinanti.
È una missione vitale, altamente complessa, che dunque richiede collaborazione a livello intercontinentale: il programma CFM RISE* (Revolutionary Innovation for Sustainable Engines) si prefigge di dimostrare e validare tecnologie mai utilizzate prima per far volare in modo sostenibile quegli aerei civili a corridoio singolo che connetteranno persone e beni nel mondo dalla metà degli anni 30 del millennio in corso. Nel farlo, CFM punta a un abbattimento dei consumi di un ulteriore 20% e a una riduzione delle emissioni di CO2 persino maggiore rispetto ai motori moderni nella stessa classe: considerando, inoltre, l’uso dei SAF (Sustainable Aviation Fuel), e potenzialmente dell’idrogeno così come la tecnologia ibrido-elettrica.
CFM sta quindi sviluppando, dimostrando tecnologie fondamentali per confermare la capacità di architetture avanzate, aerodinamica e materiali di ottenere miglioramenti nell’efficienza necessari per raggiungere gli obiettivi a lungo termine per la sostenibilità dell’aviazione.
Il programma valuta una serie di architetture motore abilitanti come parte del proprio percorso di maturazione tecnologica. La più ambiziosa - ovvero quella che può portare maggiori benefici - è l’open fan: un’architettura che, per pionieri del settore come GE, Safran e anche Avio Aero, affonda le sue radici in programmi sperimentali e sviluppi tecnologici che partono dagli anni ‘80 con il GE36 (il primissimo motore “open fan” sperimentale, testato su un B727 nell’86) e, negli anni 2000, passano dal più grande programma di R&D Europeo, Clean Sky, con il progetto SAGE per un motore a getto chiamato Counter-Rotating Open Rotor sui cui test di validazione hanno fatto squadra Safran e Avio Aero.
Ecco perché, oggi, il programma RISE - dopo che i motori CFM negli ultimi 40 anni hanno ridotto del 40% consumi ed emissioni di CO2 - vede nell’esperienza di ricerca e sviluppo aeronautico europeo più che un punto di partenza: un tassello fondamentale e un contributo tecnologico, maturato in alcune decadi, che Luca Bedon, a capo delle Advanced Technologies di Avio Aero, racconta anche come parte del proprio percorso professionale, intrecciato alla parabola che l’ambizioso dimostratore sta disegnando verso un futuro a emissioni zero per l’aviazione.
RISE apre una nuova era nell’aviazione commerciale, cosa rappresenta per Avio Aero quale avamposto europeo di GE?
“RISE è il risultato di un ‘viaggio’ iniziato da qualche anno, mirato a consolidare i risultati di un investimento tecnologico partito da lontano e che ha prodotto un distillato di tecnologie alla base delle architetture della prossima generazione di motori CFM. In questo processo, Avio Aero è stata presente sin dall’inizio e adesso che ci apprestiamo ad entrare in una importante fase di execution delle roadmap tecnologiche, le nostre competenze tecnologiche sulle trasmissioni meccaniche e turbine saranno determinanti per raggiungere gli obiettivi di RISE. Ma il nostro coinvolgimento non si limiterà alle nostre competenze storicamente riconosciute, piuttosto si estenderà a tutto il motore, ad esempio sulla combustione per arrivare ad un contributo a livello dell’intero sistema propulsivo. Inoltre, grazie al nostro ruolo di pivot dell’Advanced Technology di GE Aviation nel contesto Europeo, l’impatto complessivo dell’Europa su RISE sarà ancora più ampio: dal compressore, all’integrazione delle macchine elettriche, saranno coinvolti praticamente tutti i siti GE Aviation in Germania, Polonia e Turchia.”
Le esperienze di Avio Aero in Clean Sky, prima nel progetto SAGE, con lo storico partner Safran, poi con IRON insieme a Leonardo, come hanno consolidato le capacità e le ambizioni?
“Sono due esperienze molto diverse tra loro ma equivalentemente importanti. Attraverso i programmi SAGE abbiamo creato le fondamenta delle nostre roadmap sulle gearbox di potenza per motori turbofan, sia in configurazione ducted (ovvero, motori con la propria nacelle esterna, ndr.) che open fan. Abbiamo toccato con mano la complessità di questi sistemi testandoli fino al loro limite… e a volte oltre. Tutto questo learning è di fondamentale importanza per indirizzare la roadmap di RISE. Grazie ad IRON, invece, abbiamo fatto un’esperienza di preliminary design a livello motore su una architettura open fan che possiamo considerare la progenitrice del programma RISE: infatti, ha dimostrato la superiorità della soluzione basata su un singolo fan rotante rispetto ai due controrotanti oggetto del SAGE di Clean Sky. Una soluzione più semplice e al tempo stesso più efficiente. Questo ci ha consentito di comprendere problematiche a livello motore in un modo molto più approfondito, incluse le valutazioni di integrazione col velivolista, aspetti che hanno ampliato in modo esponenziale la nostra capacità sistemistica.”
Gearbox e turbina sono componenti centrali in RISE e, al tempo stesso, sono moduli per cui Avio Aero è considerato leader mondiale: dopo aver prodotto la più grande trasmissione di potenza del mondo occidentale per il TP400, che novità per questi due moduli su RISE?
“Diciamo che questi moduli in comune con quanto fatto fino ad ora conservano poco più che il nome. Relativamente alla turbina, parliamo di una turbina ad alta velocità in quanto l’albero di collegamento al fan è disaccoppiato da quest’ultimo per la presenza della gearbox di potenza. Questa soluzione consente alla turbina di ruotare ad una velocità decisamente superiore a quelle convenzionali e quindi raggiungere livelli di efficienza superiori. Tutto facile? Evidentemente no… L’elevato carico centrifugo a cui sono sottoposte le palette in queste condizioni, rendono il progetto aerodinamico e meccanico particolarmente sfidante. Anche qui l’esperienza SAGE in Clean Sky ci aiuta, avendo progettato e testato una prima configurazione di questa tipologia di turbine nel dimostratore Open Rotor sviluppato con Safran. Parlando della gearbox siamo in una situazione non molto differente: considerando il rapporto di riduzione e le potenze in gioco, siamo di fronte ad una discontinuità in termini di densità di potenza rispetto a quanto mai fatto finora. Per raggiungere i risultati desiderati stiamo portando avanti lo sviluppo tecnologico di una nuova generazione di materiali e processi per ingranaggi e cuscinetti.”
La decarbonizzazione è oggi il fine ultimo del nostro settore, qualcosa cui Avio Aero da anni dedica studio, lavoro di sviluppo e grandi investimenti: come si inserisce RISE nella nostra visione e futura offerta di sistemi per aviazione sostenibile?
“La scelta di abbracciare una configurazione come quella di RISE nasce dall’imperativo di rendere l’aviazione sostenibile e garantire di mantenere vivo il sogno del volo per le future generazioni. RISE può garantire una riduzione di consumi del 20% rispetto all’attuale generazione, che è il doppio di quanto si è storicamente raggiunto generation over generation. Ancor più rilevante è il fatto che questo abbattimento di consumo risulta determinante per abilitare l’adozione dei futuri combustibili alternativi che oggi sono limitati da una dinamica di capacità produttiva e prezzo. Ancor più significativo è l’impatto sull’adozione dell’idrogeno come combustibile in sostituzione del jet fuel: RISE rappresenta una chiave per superare le stesse limitazioni che caratterizzano i SAF e, ancor più, le difficoltà legate alla sua integrazione sul velivolo, ovvero il maggior volume occupato dall’idrogeno e l’impossibilità di ospitarlo nelle ali. Disporre di un motore ultra-efficiente consente di ridurre la quantità di idrogeno imbarcato, limitando l’impatto sulle distanze percorribili e il numero di passeggeri imbarcabili.”
Il successo di un prodotto aeronautico non si misura più in termini relativi rispetto ai concorrenti, ma in termini assoluti rispetto agli obiettivi di climate neutrality
Quali sono i prossimi step per RISE e cosa ci serve per rendere concreto questo progetto tecnologico, ovvero raggiungere un vero equilibrio sostenibile per l’ambiente come per l’economia?
“Come detto, RISE è in fase di sviluppo da molto prima del suo annuncio pubblico, ma ora il programma sta entrando nel vivo e nei prossimi mesi vedremo prendere vita concretamente un numero crescente di dimostratori tecnologici, di crescente complessità, fino alla dimostrazione completa a livello motore sia terra che in volo (prevista per il 2025, ndr.). I test a livello motore sono un elemento determinante per la solidità di una dimostrazione tecnologica ambiziosa come RISE, e il piano prevede di completare questi test nei prossimi anni. Un intervallo di tempo coerente con le tempistiche del nuovo programma europeo Clean Aviation, per il quale stiamo lavorando intensamente per offrire queste tecnologie come flagship del programma. Il successo di un prodotto non si misura più in termini relativi rispetto ai concorrenti, ma in termini assoluti rispetto agli obiettivi di climate neutrality. Per questo, RISE rappresenta la discontinuità necessaria per poter intraprendere la sfida dello sviluppo sostenibile: in tal senso, GE e Avio Aero accettano questa sfida e sono fiduciosi che questo farà da volano per tutto il comparto della ricerca aeronautica, stimolando discussioni e accelerando l’introduzione di prodotti e soluzioni per la decarbonizzazione.”
