Trasformare il volo elettrico in realtà

L’aviazione rappresenta circa il 2,5% delle emissioni globali di CO ² e gli ingegneri aeronautici di tutto il mondo stanno lavorando per trasformare il volo in un’impresa più pulita ed ecologica. Il volo elettrico, tuttavia, richiede una continua innovazione in due aree significative: batterie più leggere e ad alta densità di potenza e attrito meccanico ridotto.

Ci sono progressi sul fronte delle batterie sotto forma di batterie al litio e grafene allo stato solido. Sul fronte della riduzione dell’attrito, il recente lavoro di Timken sui sistemi di azionamento dei veicoli elettrici terrestri (EV) e la solida eredità di prodotti aerospaziali ne fanno un partner ideale per far progredire il volo elettrico.

“Siamo proprio all’inizio di questa rivoluzione e Timken è un partner privilegiato per molti dei principali produttori di aeromobili”, afferma Ryan Evans, direttore della ricerca e dello sviluppo di Timken. “Le nostre tecnologie di prodotti aerospaziali, inclusi trattamenti termici speciali, scelte di materiali e know-how tribologico, ci danno un vantaggio sui problemi di riduzione dell’attrito inerenti al volo elettrico”.

Dottor Ryan Evans
Direttore, Ricerca & Sviluppo

Il dottor Ryan Evans è il direttore della ricerca e sviluppo di The Timken Company. Presidente della Society of Tribologists and Lubrication Engineers (STLE) (2022-23) e ASM Fellow, Evans ha dato un contributo significativo nelle aree dei rivestimenti a film sottile, della lubrificazione, della caratterizzazione dei materiali avanzati e della tribologia all’interno del reparto R&S di Timken. È autore di oltre 40 pubblicazioni tecniche e detiene 14 brevetti.

“I prodotti Timken resistenti all’usura, gestiti termicamente, ad alta velocità, ad alta densità di potenza e ad alto carico si adattano perfettamente a ciò che i progettisti di aeromobili stanno cercando.”

Mike Gromosiak
Product Manager Aerospaziale

Mike Gromosiak è product manager aerospaziale per The Timken Company. Precedentemente ingegnere capo del mobile su strada, Gromosiak ha una vasta esperienza nel settore automobilistico, compresa la crescente transizione mondiale verso i veicoli elettrici. Oggi applica questa esperienza a un altro mercato centenario di Timken: l’industria aerospaziale.

“La tribologia delle coppie di materiali è un’altra area in cui offriamo competenze significative. Nel nostro laboratorio di reologia, abbiamo mappato i lubrificanti per il segmento di mercato dei veicoli elettrici e anche per i motori a reazione”.

Volo elettrico finora

Gli aerei a energia solare hanno fatto notizia occasionalmente dagli anni ’80, ma sono stati per lo più velivoli sperimentali o da addestramento a uno o due posti.

Gli elicotteri si sono evoluti più rapidamente. Oggi, le principali aziende di tutto il mondo stanno lavorando su velivoli elettrici a decollo e atterraggio verticale a quattro posti (eVTOL) per la mobilità aerea urbana. Il più grande ostacolo sembra essere lo sviluppo dell’infrastruttura e dei regolamenti del traffico aereo per rendere sicuri i taxi aerei in stile Jetsons per le vie aeree pubbliche.

Nel 2022, la startup aerospaziale Eviation ha introdotto il volo elettrico nel mercato regionale con Alice, il suo aereo per pendolari a nove posti. Dopo un viaggio inaugurale di successo, l’azienda ha ricevuto centinaia di ordini in tutto il mondo, con certificazione e consegne previste nel 2027.

Le tecnologie abilitanti di Timken

La riduzione dell’attrito è stata a lungo il motore principale del business di Timken, quindi Evans ei suoi colleghi vedono il volo elettrico come uno di una serie di importanti progressi a cui l’azienda ha partecipato sin dalla sua fondazione.

Per quasi 40 anni, gli ingegneri di Timken hanno lavorato per aumentare la densità di potenza dei cuscinetti , prima per i veicoli convenzionali e ibridi e ora per i veicoli elettrici. Quella tecnologia gioca un ruolo importante anche nel settore aerospaziale. “I prodotti di Timken resistenti all’usura, gestiti termicamente, ad alta velocità, ad alta densità di potenza e ad alto carico si adattano perfettamente a ciò che i progettisti di aeromobili stanno cercando”, afferma Evans.

I nuovi design di cuscinetti divisi e cuscinetti ibridi in ceramica per il settore aerospaziale sono ulteriori abilitatori tecnologici, adatti in modo univoco agli spazi ristretti e agli standard di riduzione del peso richiesti per i velivoli elettrici. “Il passaggio ai rulli in ceramica offre una riduzione della massa del 16-17% e si adatta allo stesso spazio di un cuscinetto in acciaio”, afferma Mike Gromosiak, product manager aerospaziale di Timken.

“La tribologia delle coppie di materiali è un’altra area in cui offriamo competenze significative”, afferma Gromosiak. “Il nostro laboratorio di reologia di livello mondiale ha già mappato i lubrificanti per il segmento di mercato dei veicoli elettrici e anche per i motori a reazione”.

Evans e Gromosiak sottolineano anche le soluzioni di convalida e test dei prodotti di Timken. “La velocità è importante quando si sviluppano nuove tecnologie ei nostri banchi di prova ad alta velocità possono accelerare il processo per i clienti funzionando a velocità applicative realistiche”, afferma Evans. Timken ha anche in cantiere un modello di calcolo della durata dei cuscinetti ibridi.

Il futuro del volo elettrico

Evans non vede l’ora di vedere gli aerei elettrici rivoluzionare il volo commerciale e ridurre la propria impronta di carbonio nei prossimi decenni. “Ci sarà un’evoluzione in scala”, dice, “dai droni ai taxi aerei agli aerei per pendolari e forse anche ai grandi aerei passeggeri un giorno”.

“Vedo una richiesta di prodotti e parti meccaniche altamente ingegnerizzati per farlo funzionare”, afferma. “Mentre eliminiamo l’attrito e riduciamo i componenti, il fabbisogno di batterie diminuisce e questa è un’ottima direzione per tutti”.

Leggi la storia dell’innovazione aerospaziale di Timken.

Published: 2023/02/2