Un bordo

Dec 29, 2023

Università di Wrexham Glyndwr DottROB RAGAZZOCEng FRAeS e Assistente di Dottorato di RicercaJHON PAUL ROQUEfornire una panoramica del prototipo brevettato di motore a reazione elettrico "FAST-Fan" con azionamento a bordo della Facoltà di Arti, Scienze e Tecnologia.

Nella Facoltà di Arte, Scienza e Tecnologia (FAST) dell’Università Wrexham Glyndwr (WGU), gli studenti e il personale di ingegneria stanno concentrando i loro sforzi per garantire Net Zero Wales.

Nell'ambito del programma SMARTExpertise del governo gallese, FAST-Fan è uno degli ultimi progetti ad essere finanziato tramite il Fondo europeo di sviluppo regionale. WGU ha collaborato con sei PMI con sede nel Regno Unito (Ad-Manum UAS Technologies Ltd, Invertek Drives Ltd, Motor Design Ltd., Drone-Flight Ltd, Geola Technologies Ltd e Tirius Ltd) per fornire analisi, progettazione e produzione di un prototipo di cerchio brevettato motore per aereo a reazione elettrico "FAST-Fan". L'unità di propulsione risultante è in grado di fornire una maggiore spinta per area frontale e velocità di efflusso più elevate rispetto alle attuali configurazioni dei ventilatori.

I ventilatori a bordo ruota (RDF), sono un tipo di ventilatore intubato che ha un rotore a bordo continuo fissato alle punte delle pale del ventilatore e sono azionati tramite circuiti di motori elettromagnetici disposti all'interno del condotto. (WGU) Sebbene la generazione e lo stoccaggio a bordo dell'energia elettrica siano considerati l'ostacolo principale alla propulsione elettrica degli aeromobili, la distribuzione dell'energia elettrica e la sua conversione in spinta propulsiva presentano ancora sfide significative. Uno di questi è come ottenere in modo efficiente la propulsione per il volo ad alta velocità.

Gli aerei civili convenzionali utilizzano eliche per operazioni regionali per raggiungere velocità fino a Mach 0,6 e altitudini fino a 30.000 piedi, ma per viaggi più lunghi che richiedono velocità e altitudini più elevate (fino a Mach 0,9 e 45.000 piedi) vengono utilizzati ventilatori di bypass intubati. Entrambe le tecnologie sono azionate da un mozzo con il flusso d'aria propulsivo principale che passa sopra un'unità energizzante centrale, vale a dire il motore a turbina a gas, e gli azionamenti propulsivi vengono trasmessi tramite alberi rotanti.

È quindi abbastanza logico che la tecnologia basata su hub venga automaticamente presa in considerazione per le soluzioni di propulsione elettrica degli aeromobili: presenta una tecnologia familiare e sembra fornire un rischio di sviluppo inferiore. Resta tuttavia discutibile se gli hub drive forniscano sempre la configurazione ideale per soddisfare le esigenze della propulsione elettrica degli aerei.

Lo scopo del progetto FAST-Fan è esplorare il potenziale della tecnologia rim-driven in questo contesto. Gli obiettivi erano ricercare, analizzare e sviluppare la tecnologia e utilizzare le più recenti tecniche di prototipazione rapida disponibili per realizzare concetti di progettazione attraverso la costruzione di un dispositivo prototipo in scala adatto ad alimentare un piccolo velivolo di prova senza pilota.

Analisi software agli elementi finiti con rotore a pale (o "blotor"). (WGU) I ventilatori a bordo ruota (RDF), sono un tipo di ventilatore intubato che ha un rotore a bordo continuo fissato alle punte delle pale del ventilatore e è azionato mediante circuiti di motori elettromagnetici disposti all'interno del condotto. Gli RDF offrono alcuni vantaggi chiave rispetto ai tradizionali ventilatori azionati da hub. Come un aumento della spinta per area frontale grazie alla rimozione della limitazione del flusso causata dal motore montato sul mozzo; minore lunghezza complessiva del gruppo ventilante; una riduzione delle forze tangenziali del motore necessarie per generare la coppia a causa dell'aumento del braccio di momento radiale; migliore aerodinamica della ventola grazie all'omissione delle perdite sulle punte della ventola; fornitura di raffreddamento ad aria per gli avvolgimenti del motore e possibilità di installare facilmente due RDF controrotanti in tandem. Quest'ultimo vantaggio fornisce anche guadagni di efficienza grazie alla rimozione delle turbolenze del flusso e facilita la generazione di maggiori rapporti di pressione della ventola consentendo così velocità di efflusso e velocità di volo più elevate. Uno svantaggio di una configurazione RDF può essere il suo peso se il circuito elettromagnetico non è ottimizzato.

La tecnologia RDF fa risalire la sua storia ai primi anni '60 e al Ryan Vertifan. (NASA) Uno dei primi resoconti registrati sulla tecnologia delle ventole azionate dal cerchione per applicazioni aerospaziali risale al 1961, quando la Ryan Aircraft Corporation sviluppò l'aereo XV-5A Vertifan. Le ventole dell'XV-5A erano azionate pneumaticamente dai gas di scarico del motore a reazione che agivano sulle pale della turbina situate attorno alla periferia delle ventole che producevano portanza dell'aereo. Sebbene la tecnologia della ventola sia stata considerata un successo, l'elemento di trasmissione del cerchio è stato interrotto e il design della ventola è stato sviluppato per i motori General Electric CF6 con by-pass elevato.