Innovativi scambiatori di calore per motori aeronautici

Gli scambiatori di calore aria-olio sono una caratteristica fondamentale della progettazione dei motori a turboventola avanzati. Mantenendo le temperature di olio e combustibile all’interno di limiti definiti, il raffreddatore di superficie contribuisce a raggiungere prestazioni ottimali del motore. Il passaggio del flusso secondario freddo sulla superficie lambita dall’aria dello scambiatore di calore raffredda olio e carburante.

Tuttavia, gli attuali raffreddatori di superficie sfruttano l’energia del motore e occupano inoltre delle superfici che servono per ridurre il rumore del motore. Per questo, il loro peso, volume ed efficienza diventano delle questioni fondamentali.

Nel progetto SHEFAE (“Surface heat exchangers for aero-engines”), finanziato dall’UE, gli scienziati stanno progettando e fabbricando un raffreddatore metallico di superficie che sostituirà una parte della struttura di base della carenatura. Lo sfruttamento delle esistenti strutture lambite dall’aria elimina i vincoli spaziali e aiuta a dissipare più calore. Inoltre, i raffreddatori di superficie leggeri montati sulla carenatura portano a una maggiore efficienza dell’impianto di produzione elettrica e a un minore consumo di carburante.

L’utilizzo di materiali compositi per la struttura della carenatura produce delle ulteriori riduzioni del peso. La ricerca su materiali compositi, tecniche di fabbricazione e progettazione strutturale del raffreddatore di superficie include le sfide associate a dissipazione termica, saldature e giunture.

Una volta sviluppato, il raffreddatore verrà installato e testato su un motore dimostrativo, formando parte del suo sistema di gestione del calore. I membri del progetto hanno definito i requisiti per il raffreddatore di superficie strutturale per quanto riguarda raffreddamento dell’olio, condizioni di progetto, perdita di carico dell’olio e scongelamento. Una revisione preliminare e una revisione critica del progetto sono state completate. Tre piattaforme di test recentemente sviluppate convalideranno la progettazione dei componenti.

Il team ha inoltre definito le specifiche tecniche per la struttura in materiale composito di montaggio (MCS) e ha esaminato i possibili disegni geometrici che erano in grado di dare una buona rigidità specifica con un peso ridotto. L’attenzione si è concentrata sui materiali compositi rinforzati con fibre e sulla loro fabbricazione per la MCS. Il team ha effettuato delle prove sperimentali su laminati in composito per identificare i principali meccanismi di cedimento e per convalidare i modelli appena sviluppati per le giunzioni bullonate in materiale composito.

SHEFAE sta contribuendo agli obbiettivi estremamente ambiziosi della visione europea per l’aviazione 2050 per contribuire ai bisogni della società e del mercato. Il progetto sta inoltre rafforzando il collegamento tra partner europei e giapponesi nel campo della ricerca e della tecnologia e tra industrie europee e giapponesi.