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Collins e P&W presentano sistemi di propulsione ibrida-elettrica

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Collins Aerospace ha completato la progettazione preliminare di un nuovo motore elettrico da 1 MW che servirà come componente chiave del nuovo dimostratore di volo regionale ibrido-elettrico in fase di sviluppo da parte della consociata Pratt & Whitney (P&W) del gruppo Raytheon. Il costruttore di motori aeronautici prevede di iniziare i test a terra con il motore Collins nel corso di quest'anno, in preparazione dell'inizio dei test di volo nel 2024 a Montreal.

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Il programma dimostrativo, basato sui piani di riduzione delle emissioni di carbonio degli aerei regionali, fa parte di un più ampio spettro di lavoro sulle nuove tecnologie di propulsione all'interno del gruppo Raytheon. Gli sforzi potrebbero sfociare in grandi propulsori ibridi-elettrici per aerei di linea a fusoliera stretta che trasportano 220 passeggeri su tratte di 3.000 miglia nautiche, con una riduzione delle emissioni di almeno il 30%.

Sempre questa settimana, al Farnborough International Airshow, P&W e Collins annunciano il lancio del programma dimostrativo STEP-Tech. L'obiettivo è di iniziare i test a terra del sistema alla fine del 2022.

Il progetto, che ha sede presso il Raytheon Technologies Research Center di East Hartford, nel Connecticut, è incentrato sullo sviluppo di un sistema di propulsione ibrido-elettrico distribuito ad alta tensione da 100 a 500 kW. I piani iniziali prevedono che il sistema si applichi a piccoli velivoli eVTOL e a veicoli aerei senza equipaggio, ma le aziende hanno dichiarato di poter scalare la tecnologia fino a una potenza di 1 MW per applicazioni più grandi

L'unità STEP-Tech è composta da un turbogeneratore scalabile, da batterie e da un sistema di gestione dell'energia, oltre che da unità propulsive. I partner hanno completato gli studi di prova del concetto all'inizio di quest'anno.

Il nuovo motore elettrico da 1 MW in mostra a Farnborough (padiglione C631 di Raytheon) si basa sui sistemi di generazione e distribuzione di energia per il programma di aerei di linea widebody 787 di Boeing, prodotti dall'attività legacy di Hamilton Sunstrand che è entrata a far parte di Collins Aerospace dopo la fusione di UTC Aerospace e Rockwell Collins. Lo stabilimento Collins di Solihull, nel Regno Unito, produce le nuove unità e prevede di consegnarle presto a P&W per l'integrazione con uno dei suoi motori aeronautici esistenti.

Secondo Bill Dolan, vicepresidente di Collins per la potenza e i controlli, ogni motore da 1 MW fornirà una densità di potenza quattro volte superiore rispetto all'attuale tecnologia dei motori elettrici. I test iniziali sono stati condotti dall'Università di Nottingham, dove a giugno gli ingegneri hanno raggiunto una potenza di 400 kW nelle prove a terra. Collins intende svolgere ulteriori attività di sviluppo dei motori elettrici presso il suo nuovo laboratorio di sistemi di energia elettrica a Rockford, Illinois, che chiamerà The Grid e la cui apertura è prevista per il 2023.

Ad un certo punto, P&W intende valutare il funzionamento del motore elettrico in tandem con il suo motore Geared Turbofan. Sta inoltre valutando la possibilità di integrare il dimostratore di volo ibrido-elettrico regionale e l'unità STEP-Tech con un nuovo motore aeronautico.

Frank Preli, vicepresidente di Pratt & Whitney per le tecnologie di propulsione e dei materiali, ha dichiarato durante un incontro con la stampa prima del salone che i partner del gruppo Raytheon stanno valutando una scala progressiva di applicazioni ibride-elettriche, da una base "leggera" in cui solo il 5% della potenza è elettrica al 50% o più. Ha previsto che i sistemi di propulsione ibridi-elettrici, sia paralleli che integrati, potrebbero essere disponibili per nuove applicazioni di trasporto aereo a partire dalla metà degli anni 2030.

Preli ha sottolineato che l'azienda vede gli aerei di linea regionali come i primi utilizzatori della nuova tecnologia di propulsione, con un risparmio energetico previsto del 30% fin dall'inizio. Preli ha aggiunto che le filiali Raytheon hanno stipulato contratti con diversi grandi costruttori di aerei e prevedono di rendere disponibili sistemi di propulsione certificabili per i nuovi aerei a corridoio singolo Boeing o Airbus. Si prevede un'ulteriore riduzione delle emissioni di carbonio consentendo all'elemento turbogeneratore dei nuovi propulsori di funzionare con carburante per aviazione sostenibile.

Secondo Juan de Bedout, vicepresidente di Raytheon per la tecnologia aerospaziale, il gruppo ritiene imperativo accelerare gli sforzi per ridurre le emissioni di carbonio dei voli con le emissioni del trasporto aereo, che secondo gli scienziati dovrebbero più che raddoppiare nei prossimi anni e passare da circa il 2% delle emissioni globali al 18%. L'anno scorso, Raytheon ha sottoscritto l'impegno dell'Air Transport Action Group per il raggiungimento di emissioni nette pari a zero entro il 2050.

Il gruppo statunitense, che impiega circa 58.000 ingegneri in tutto il mondo, ritiene che la capacità di gestione dei motori e dei generatori di Collins si abbini perfettamente all'esperienza di P&W nello sviluppo di nuovi turbopropulsori e turbofan. Le società collaborano già a un progetto correlato finanziato dai governi canadese e del Quebec per valutare la propulsione ibrida-elettrica su un velivolo turboelica De Havilland Dash 8-100 in collaborazione con lo specialista delle batterie H55.

Anche i produttori di motori aeronautici rivali, Rolls-Royce e Honeywell, stanno lavorando a sistemi di propulsione ibrida-elettrica di classe 1-MW. Safran sta sviluppando sistemi di propulsione elettrica fino a circa 600 kW di potenza.