Test del motore GT50: progressi verso la piena potenza

Oltre alla mappatura dettagliata della lubrificazione, abbiamo perfezionato il sistema di combustione e testato la sequenza di avviamento automatico prevista per il nostro FADEC. Ogni fase ci fornisce un quadro sempre più chiaro del comportamento del motore prima di spingerlo oltre.

Mappatura del motore, un punto operativo alla volta

Abbiamo completato una serie di test approfonditi, verificando le funzioni principali e i parametri critici nei punti operativi esplorati finora. Diverse sessioni di prova di più ore hanno consentito ai sistemi del motore di stabilizzarsi in condizioni di regime stazionario e di raggiungere l'equilibrio termico.

Buona parte del lavoro recente si è concentrata sui requisiti dettagliati di lubrificazione dei cuscinetti, degli ingranaggi e delle altre aree critiche. Queste misurazioni ci permettono di ottimizzare l'installazione della nostra pompa dell'olio sulla parte anteriore del motore. Prima di aumentare le sollecitazioni sul GT50, dobbiamo comprendere a fondo ciò che accade nelle sue cavità interne e nei sistemi di lubrificazione, assicurandoci che ogni area riceva ciò di cui ha bisogno.

Restano ancora un paio di prove di lubrificazione per concludere questa fase, al termine delle quali saremo in grado di iniziare a spingere il GT50 verso il 100% della potenza.

I risultati sono incoraggianti. Il funzionamento è fluido, con le temperature del nucleo e delle cavità sostanzialmente in linea con le aspettative. Abbiamo risolto gli ultimi piccoli problemi di perdita d'olio identificati durante le prove iniziali e le guarnizioni interne dell'olio stanno garantendo prestazioni affidabili. A ogni incremento, il compressore, il diffusore e le pale della turbina si comportano esattamente come previsto in fase di progettazione.

Il compito ora è consolidare queste basi in modo metodico, senza bruciare le tappe.

Un intervallo di combustione più ampio e stabile

Parallelamente ai test principali del motore, abbiamo continuato a perfezionare sia il lato aria sia il lato carburante del sistema di combustione. Sul nostro banco prova Rufus 3, abbiamo testato diversi swirler e ottimizzato la disposizione dei fori della camicia di combustione, utilizzando i dati del GT50 per guidare questo lavoro.

L'ultima fase di questi test ha prodotto una geometria ottimizzata dello swirler. Il nostro obiettivo era ottenere una combustione stabile nel più ampio intervallo possibile di rapporti aria-carburante per ciascun punto operativo. Ciò consente l'accensione con meno carburante e una risposta fluida in accelerazione e decelerazione in tutto l'intervallo, senza che la fiamma si spenga a causa di una miscela troppo ricca o troppo magra.

Abbiamo montato sul motore un set aggiornato di swirler e ugelli del carburante più grandi. I risultati ottenuti su Rufus 3 si sono tradotti direttamente nei test del GT50, con tre importanti risultati:

• Efficienza di combustione praticamente del 100% nella parte inferiore dell'intervallo operativo. In questa difficile condizione operativa, stiamo effettivamente convertendo tutto il carburante in calore.
• Il più ampio intervallo operativo mai raggiunto sul GT50 finora. Il sistema di combustione supporta un intervallo di funzionamento stabile più ampio.
• Accensione e avviamento a temperature più basse, più semplici e più controllati. Questo ci aiuta a portare il motore a regime stazionario in modo più graduale.

Le nostre recenti sessioni di prova si sono concentrate sulla messa a punto di questa transizione: utilizzare l'apporto minimo praticabile di carburante, mantenere graduali le variazioni di temperatura e ottenere un'accelerazione fluida. Ci sono ancora dettagli da affinare, ma il sistema di combustione ora si comporta sostanzialmente come previsto.

Ugelli del carburante con rapporto di turndown di circa 25:1

Un motore di piccole dimensioni richiede ugelli del carburante in grado di gestire due esigenze molto diverse: un basso flusso di carburante per un avviamento a freddo e un flusso molto più elevato man mano che ci si avvicina alla potenza massima. In tutto questo intervallo sono richieste buone caratteristiche di atomizzazione e di emissioni. Raggiungere questo obiettivo è particolarmente difficile date le dimensioni del GT50, specialmente con una moderna camera di combustione anulare, scelta per mantenere una configurazione compatta del motore.

Nell'ultimo anno abbiamo esplorato numerosi metodi per la produzione degli ugelli. L'ugello più recente sul banco di prova raggiunge un rapporto di turndown di circa 25:1: è in grado di erogare un flusso di carburante che va da circa il 4% al 100% del massimo.

Lo fa a pressioni del carburante moderate. Questo è un aspetto importante che va oltre l'ugello stesso, poiché permette di mantenere più semplici i progetti della pompa e della valvola di dosaggio del carburante.

Sul banco di prova, siamo in grado di dimostrare e misurare l'intervallo di flusso del carburante necessario, da un avviamento a freddo fino al flusso più elevato richiesto per generare l'intera potenza di 500 cavalli all'albero.

Test della sequenza di avviamento prevista per il nostro FADEC

Fino a questo traguardo, le prove motore erano state controllate manualmente. Lo starter-generatore e i sistemi di lubrificazione e di recupero erano completamente strumentati, ma il nostro team manteneva il controllo manuale in modo da poter regolare ogni parametro. L'avviamento richiedeva inoltre il coordinamento manuale dello starter, dell'accensione e dell'alimentazione del carburante.

Nei recenti test, abbiamo implementato la sequenza di avviamento automatizzata sviluppata per il FADEC. Per la prima volta, il GT50 si è praticamente avviato da solo con la semplice pressione di un pulsante.

La sequenza è risultata ben coordinata e ha prodotto l'avviamento più freddo mai registrato sul motore fino ad ora. Rimangono da completare alcune regolazioni e lavori sull'impianto di alimentazione del carburante, con ulteriori affinamenti necessari man mano che espandiamo il range operativo. Si tratta di un primo passo incoraggiante nell'introduzione delle funzionalità preliminari del FADEC, piuttosto che del completamento del programma di controllo del motore.

Preparazione della cella di prova per esigenze più elevate

Man mano che aumentiamo la velocità e la potenza del motore, l'installazione di prova deve evolversi di conseguenza. Sono in corso diverse modifiche per preparare il banco alle operazioni ad alta velocità e alle prove di maggiore durata:

• Tubazioni rigide: i tubi flessibili sulle linee più calde, comprese le linee di recupero, sono stati sostituiti con tubazioni rigide collegate agli scambiatori di calore esterni.
• Modifiche all'impianto del carburante: le modifiche consentono l'utilizzo di iniettori di maggiori dimensioni e il loro controllo.
• Presa d'aria misurata: il gruppo della presa d'aria e la relativa strumentazione sono completi; il montaggio deve ancora essere effettuato.
• Trattamento dei gas di scarico: è in fase di realizzazione un sistema di silenziamento dello scarico con le relative canalizzazioni, per convogliare i gas lungo il container e farli defluire in sicurezza attraverso il tetto.

Prevediamo ancora una o due settimane di test in questa configurazione prima di programmare un fermo per installare le modifiche, preparando così la cella di prova per le future sessioni ad alta velocità e le prove di durata più lunghe.

Perché le ore motore non sono ancora la principale misura dei progressi

Centinaia di parametri devono essere verificati in ogni punto di progetto. Cicli brevi e mirati ci consentono di stabilizzare il motore e misurare le temperature e le pressioni nelle cavità, i livelli di vibrazione e le temperature e le pressioni di alimentazione e recupero del lubrificante.

Un test di cinque minuti può richiedere un'ora, due ore o mezza giornata di preparazione, riconfigurazione e analisi prima del ciclo successivo. In questa fase le ore di funzionamento crescono lentamente, mentre la nostra comprensione del motore avanza rapidamente.

Questo lavoro ci dà la sicurezza necessaria per aumentare la velocità e la potenza. Stiamo mettendo in funzione un numero crescente di sistemi del motore, testandoli e calibrandoli, e verificando che i componenti svolgano le funzioni previste nelle condizioni operative che incontrano.

Prevediamo ancora da due a quattro settimane circa di caratterizzazione dei sistemi verso il 100% della potenza, seguite da uno smontaggio e un'ispezione prima dei test di durata. In quella fase, contiamo di operare per almeno 10 ore al giorno, quindi le ore accumulate dovrebbero crescere rapidamente.

Secondo motore in produzione, terzo motore pianificato

Viste le eccellenti prestazioni del primo motore e non essendo necessarie revisioni progettuali significative per i gruppi rotanti principali, la produzione del secondo motore è già in corso nell'officina meccanica. Prevediamo che il secondo motore sarà pronto verso la fine dell'anno o all'inizio di gennaio, mentre l'inizio della produzione del terzo è previsto subito dopo.

I motori aggiuntivi hanno un duplice scopo. Da un lato, fungono da backup nel caso in cui test più rigorosi dovessero causare danni, poiché alcune risposte possono essere ottenute soltanto sottoponendo il motore a sollecitazioni maggiori. Dall'altro, ci consentono di accelerare i test a lungo termine suddividendo le diverse attività.

Con due motori a disposizione, uno può essere dedicato all'accumulo di ore e a specifici cicli operativi, mentre l'altro viene sottoposto a ripetuti cicli di avvio e arresto. Questo ci offre un margine d'azione più ampio per testare in parallelo la resistenza e i riavvii ripetuti.

Un aggiornamento sull'HX50

Mentre i test del motore sono attualmente al centro dell'attenzione, lo sviluppo della cellula dell'HX50 è avanzato con altrettanta rapidità.

Nel nostro prossimo aggiornamento, sposteremo nuovamente l'attenzione sull'aeromobile stesso, condividendo progressi dettagliati sulla produzione delle pale del rotore in composito, sui sedili anti-impatto, sui servoattuatori integrati e i comandi di volo, sui test strutturali del carrello di atterraggio e sulla presentazione della fusoliera di Generazione 2 destinata alla produzione.