[ Armaereo ] - newsletter Edizione Agosto 2013

L'X-48B, prototipo di aereo elettrico della Nasa. Ha un motore elettrico per la propulsione e uno a benzina come riserva

Il mese scorso, Siemens e Eads hanno dimostrato un nuovo velivolo ibrido elettrico-benzina capace di trasportare due persone e il loro bagaglio per 900 chilometri - approssimativamente la distanza da New York a Detroit - tra un pieno e una ricarica.

Il prototipo di velivolo ibrido è simile alla Chevrolet Volt, nel senso che si affida a un motore elettrico per la propulsione e a un motore a benzina come riserva. Il velivolo eguaglia le prestazioni di alcuni aeroplani privati già disponibili sul mercato, ma ha due vantaggi distinti: è notevolmente silenzioso e utilizza intorno al 25 percento in meno di combustibile.

Il risultato presagisce quello che probabilmente costituirà il grande passaggio alla propulsione ibrida negli aeroplani. Diverse altre corporazioni immaginano un futuro in cui gli aeroplani si affidano almeno in parte a una propulsione elettrica. Sebbene all'inizio la tecnologia verrà applicata ai piccoli velivoli, potrebbe ugualmente contribuire a ridurre i rumori e le emissioni degli aerei di linea.

«Entro la fine di questo decennio assisteremo di certo all'ingresso di velivoli ibridi elettrici nel mercato», dice Frank Anton, che guida le ricerche sui velivoli ibridi presso la Siemens. Aerei ibridi a quattro posti potrebbero vedere la luce in questo stesso periodo, dice, ma persino modelli da 19 posti potrebbero farcela entro la fine del decennio. Anton prevede che un giorno assisteremo al volo di un aeroplano ibrido da 100 posti con consumi pari alla metà rispetto a quelli degli aeroplani odierni.

La Boeing guarda addirittura oltre, con un concept per un aeroplano ibrido delle dimensioni del 737s, capace di ospitare più di 150 passeggeri, anche se difficilmente un velivolo del genere entrerà in servizio prima del 2030. La Eads, la società madre dell'Airbus, ha anche sviluppato un disegno concettuale di aerei passeggeri alimentati unicamente da motori elettrici, anche se la loro autonomia sarebbe limitata.

«Qualche anno fa, l’idea di far volare un aeroplano con delle batterie era considerata uno scherzo», dice Marty Bradley, ricercatore di concept avanzati presso la Boeing Research and Technology. Pur essendo generalmente efficienti e silenziosi, batterie e motori elettrici tendono anche a essere ingombranti e pesanti, con una capacità energetica ben inferiore rispetto ai combustibili liquidi.

Due cose stanno però cambiando. Come spiega Bradley, la quantità di energia che le batterie riescono a immagazzinare sta costantemente crescendo, e pare continuerà a crescere grazie al loro impiego nei dispositivi elettronici portatili e nelle vetture elettriche. Nel mentre, le tecnologie necessarie per integrare batterie e motori elettrici ai motori convenzionali stanno diventando sempre più piccole, leggere ed efficienti. Siemens aveva dimostrato una versione precedente del suo aereo ibrido nel 2011, ma al tempo era troppo pesante per essere pratico. Per il nuovo velivolo, Siemens ha ridotto il peso del motore elettrico, delle componenti elettroniche di trasmissione e dei carrelli di 100 chilogrammi per permettere di portare capacità di carico e di passeggeri al livello di un velivolo di simili dimensioni.

Negli aeroplani, un design ibrido elettrico migliora l'efficienza principalmente permettendo l'utilizzo di un piccolo motore a combustione concepito per operare al meglio durante le velocità di crociera. La batteria e il motore elettrico forniscono l'energia addizionale necessaria a decollo e ascesa. Le batterie consentono inoltre di recuperare energia durante la discesa in una maniera molto simile a quella con cui le vetture ibride catturano l'energia durante le frenate (l'elica fa infatti girare un generatore). Con il loro migliorare, poi, le batterie sapranno alimentare sempre più componenti a bordo.

I motori elettrici conferiscono altri vantaggi. Possono essere montati in punti insoliti su un aereo e migliorarne l'aerodinamica. Possono anche essere direzionati: inclinati verso l'alto in fase di decollo, ad esempio, per velocizzare e permettere di staccare l'aereo da terra più velocemente. In fase di volo, il motore potrebbe essere puntato verso sinistra o destra per virare, eliminando la necessità di un timone Questi cambiamenti nel design, assieme all'efficienza della propulsione ibrida, potrebbero aiutare a ridurre il consumo di combustibili della metà, dice (vedi "Hybrid Wing" Uses Half the Fuel of a Standard Airplane).

La rapidità con la quale la propulsione elettrica verrà applicata dipende principalmente dallo sviluppo delle batterie. I piani della Eads per un velivolo elettrico richiedono una batteria con una capacità di 1 watt-ora per chilogrammo, che è pressappoco cinque volte l'energia di una tradizionale batteria agli ioni di litio. Batterie con nuove composizioni chimiche quali il litio-aria e il litio-zolfo potrebbero fornire una maggiore capacità, ma restano ancora da superare grandi sfide.

Bradley prevede che velivoli interamente elettrici avranno un'autonomia entro i 1600 chilometri anche dopo il 2050. Per velivoli più grandi, la propulsione elettrica potrebbe essere adoperata per alimentare le grandi turbine poste di fronte a un motore jet. La prima applicazione della propulsione elettrica su grandi velivoli sarà però nelle fasi di spostamento a terra per risparmiare combustibile, dice.

Per i prossimi anni, la tecnologia ibrida resterà quindi limitata ai piccoli velivoli. Un beneficio nel breve termine sarà che gli aeroporti più piccoli (spesso situati vicino alle aree residenziali) saranno più silenziosi, dice Jean Koster, docente di ingegneria e scienze aerospaziali presso l'Università del Colorado a Boulder che ha fondato un'azienda per commercializzare una scatola del cambio più compatta con la quale combinare l'energia elettrica a quella di un normale motore a combustione.

Design ibridi potrebbero persino porre fine a una delle ultime forme di combustibile contenenti piombo: i piccoli velivoli con grandi motori a compressione necessitano infatti di additivi al piombo. Il supporto delle batterie permetterebbe però di utilizzare gli stessi motori a combustione adoperati nelle vetture elettriche.

Anno VII, nr. 8 - Edizione Agosto 2013