Il sistema di combustione del GT50 supera il test al minimo a terra

Questa settimana, presso il Production Centre One, il nostro team ha raggiunto un traguardo fondamentale nel programma GT50. Dopo due settimane di lavoro intensivo per la messa in servizio del sistema di combustione, siamo riusciti a portarlo oltre il regime minimo al suolo — confermando che il cuore del nostro motore a turbina proprietario si comporta esattamente come progettato. Parallelamente a questa svolta, il prototipo del generatore di gas è prossimo al completamento nel nostro laboratorio di assemblaggio meccanico, con l'assemblaggio completo del motore previsto entro il fine settimana.

Fase per fase: messa in servizio del sistema di combustione del GT50

Nel corso delle ultime due settimane, il team ha sistematicamente ridotto i rischi associati al sistema di combustione del GT50. Come spiega Jason, l'obiettivo è stato garantire che "quando avvieremo il motore per la prima volta, non danneggeremo nessuno dei preziosi componenti del prototipo."

Accensione e fiamma stabile

Il programma è iniziato dalle basi. Il team era in grado di erogare il carburante alla pressione corretta? L'atomizzazione avveniva in modo soddisfacente? L'accenditore era posizionato correttamente? La fiamma poteva essere accesa e mantenuta in modo stabile?

Questo traguardo è stato raggiunto un paio di settimane fa. "Fatto, sistemato. Quella parte funziona", ha confermato Hill.

Progressione verso il regime di minimo a terra

La sfida successiva era quella di portare il combustore attraverso il ciclo di avviamento, gestendo i rapporti aria-carburante attraverso flussi di massa e pressioni progressivamente crescenti. Questo ha richiesto che la configurazione dello swirler — che contiene la fiamma — insieme ai fori primari e di diluizione, stabilisse ricircoli stabili su un'ampia gamma operativa.

Come previsto in un programma di questa ambizione, il team ha riscontrato problemi di configurazione dello swirler e pulsazioni causate da complesse interazioni tra il sistema del carburante e l'aerodinamica e la termodinamica della combustione. Entrambi sono stati diagnosticati e risolti. "Tutto questo è stato risolto. Spuntato, fatto."

Il problema della potenza dell'aria

L'ostacolo successivo era formidabile. Per spingere la camera di combustione verso il minimo a terra e, infine, verso il minimo in volo, il volume di aria compressa necessario diventa, nelle parole di Hill, "assolutamente enorme".

Sotto il banco di prova, due soffianti industriali riuscivano a malapena a sostenere il flusso d'aria appena oltre l'accensione. Alla potenza massima, il compressore del GT50 consuma oltre 1.000 cavalli. Il banco di prova non solo richiede enormi quantità di aria compressa, ma quest'aria deve anche essere alla temperatura e alla densità corrette per simulare le reali condizioni del motore.

"Quindi, come si fa a ottenere abbastanza aria compressa per spingere questo sistema con la stessa intensità con cui lo farebbe un motore a turbina a gas? Semplice. Si prende un motore a turbina a gas."

La soluzione: un'unità di avviamento ad aria per aeromobili

Il team ha individuato un'unità di avviamento ad aria per aeromobili — un motore a turbina da 250–300 cavalli dotato di un compressore a doppia entrata, progettato per produrre una quantità d'aria di gran lunga superiore al proprio fabbisogno. Originariamente impiegata per avviare vecchi aeromobili civili di linea e militari, l'unità si collega tramite un grande tubo flessibile per convogliare aria compressa ad alto volume direttamente nel banco di prova.

Come spiega Hill, l'obiettivo era spingere il sistema di combustione "a potenze molto più elevate, flussi d'aria molto più elevati, flussi di carburante molto più elevati", verificando al contempo la robustezza, l'efficienza della combustione e il controllo della temperatura di mandata. "Non è possibile risolvere questi problemi all'interno del motore", osserva, "e dobbiamo essere certi di avere il controllo della temperatura di mandata del combustore, di non avere pulsazioni e di sapere esattamente come mappare il carburante man mano che l'aria di mandata del compressore aumenta sempre di più."

"Da zero a eroe": Risultati dei test oltre il minimo a terra

Posizionato all'esterno della fabbrica, il motore di avviamento ha convogliato aria compressa nel banco prova di erogazione del compressore. Il team ha dosato con precisione l'aria e ha fatto funzionare la camera di combustione attraverso una successione di rapporti aria-carburante sempre più elevati.

I risultati sono stati immediati e inequivocabili. Il team ha ottenuto un cono blu uniforme, ha portato il sistema a una fiamma magra efficiente e ha raggiunto infine il limite di estinzione della fiamma magra.

"Posso ora affermare che, fino al punto di minimo a terra del motore e anche leggermente oltre — ovvero il primo punto di controllo del programma di test — il sistema di combustione funziona perfettamente."

Il sistema di combustione si è dimostrato robusto, efficiente e privo di pulsazioni — una validazione fondamentale per l'architettura di controllo ed erogazione del carburante.

Riflessioni sull'efficienza ingegneristica

La rapidità e la chiarezza del risultato hanno spinto Hill a riflettere su quanto lontano sia arrivato il team. "Sono finiti i tempi in cui progettavamo banchi di prova e sistemi di controllo eccessivamente elaborati e ci complicavamo la vita cercando di essere perfetti troppo presto. Quello che abbiamo fatto oggi è un esempio perfetto di come ottenere il massimo con il minimo sforzo."

Collegando un motore a turbina a gas di terze parti al sistema di combustione, dotandolo di un semplice sistema di controllo ed eseguendo un programma di test mirato, il team ha raggiunto esattamente i risultati ingegneristici richiesti. "Siamo passati da zero a cento in poche ore. È stata una giornata incredibile e mi dà davvero grande fiducia per il programma di test che ci attende, per portare il GT50 attraverso tutte le diverse fasi di test e sviluppo necessarie affinché sia pronto al volo."

All'interno del laboratorio di assemblaggio meccanico

Mentre i test di combustione proseguivano all'esterno, il lavoro è continuato nel laboratorio di assemblaggio meccanico — lo stesso spazio utilizzato in precedenza per l'MGU e il riduttore di velocità, che ora ospita la costruzione del prototipo GT50.

Assemblaggio a naso in giù e tolleranze critiche

Il motore viene assemblato a naso in giù, a partire dal carter di ingresso. Su di esso, il team monta la barra a molla e lo smorzatore a film d'olio, seguiti dal cuscinetto e dall'albero anteriori del generatore di gas. Il rivestimento di ingresso viene quindi posizionato per controllare le tolleranze di precisione tra le punte delle pale e la struttura fissa.

"Ottenere i giusti giochi alle punte è la differenza tra avere un compressore che funziona in modo stabile ed è performante, e uno che non lo è", spiega Hill. Ogni componente è stato sottoposto a un rilevamento geometrico CMM completo, eppure far interagire correttamente le parti richiede ripetuti cicli di assemblaggio e smontaggio. "L'abbiamo montato e smontato, montato e smontato, e ancora montato e smontato, proprio per ottenere la configurazione perfetta."

In produzione, questo processo sarà più rapido; per ora, il team punta a tolleranze nominali con margini di regolazione in entrambe le direzioni. Spessori di precisione controllano il gioco all'estremità della girante, il gioco in uscita e il gioco del diffusore.

Rotori bilanciati e strumentazione completa

L'assemblaggio finale del rotore — comprendente la girante, il disco, le pale della turbina e le clip a molla — è stato bilanciato dinamicamente con "tolleranze dinamiche davvero, davvero rigorose." È stato successivamente smontato e ora è in fase di integrazione nel motore.

Il prototipo è ampiamente strumentato. Cavi di raccordo per sensori di pressione, termocoppie, accelerometri e una varietà di altri sensori sono distribuiti in tutta l'unità. "Dobbiamo essere in grado di capire cosa accade all'interno del motore mentre testiamo ogni angolo del suo intero inviluppo operativo."

I prossimi passi: automazione e primi avviamenti del motore

Con il sistema di combustione validato, l'attenzione del team si sposta sull'automazione. Nei prossimi giorni, i dati acquisiti dal banco di prova verranno tradotti in mappature del carburante all'interno del sistema di controllo, consentendo l'accelerazione e la decelerazione automatiche attraverso i punti di test. La codifica e i test procederanno immediatamente, seguiti dall'implementazione sul motore prototipo stesso.

L'assemblaggio completo del motore è previsto al più tardi per lunedì. Una volta completato, il motore passerà al banco di prova — e avrà inizio il prossimo capitolo del programma GT50.