Politecnico da record ai World Air Games con SkySpark

Dal 6 al 14 giugno a Torino si è svolto il World Air Games 2009: uno tra i più importanti eventi di aviazione sportiva del Mondo organizzata dalla FAI (Federazione Aeronautica Internazionale), che ha visto la partecipazione di 40 nazioni, 300 atleti e di 300 operatori dei Media e la presenza di oltre 35.000 spettatori.
In questo prestigioso contesto ha avuto un ruolo di primo piano il velivolo ultraleggero SkySpark, che ha tenuto il suo “battesimo dell’aria” pilotato dall’astronauta Maurizio Cheli, ed ha subito battuto il record mondiale di velocità, raggiungendo i 250 Km/h durante un volo di otto minuti. La prova è stata seguita dai giudici sportivi per la regolare omologazione da parte della Federazione Aeronautica Internazionale.

Il velivolo è nato da un’idea di un gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Aereospaziale del Politecnico di Torino che dal 2003 ha iniziato ad indagare sull’opportunità di impiego delle celle a combustibile in campo aerospaziale. In particolare, un gruppo di ricercatori del Politecnico (Paolo Maggiore - DIASP, Raffaella Gerboni - DENER, coadiuvato dall’opera di Paolo Bois, Sergio Pullara, Massimo Bruno e Michele Cotza - dottorandi e assegnisti del DIASP) ha iniziato, con il supporto di Environment Park, una ricerca applicata mirata allo studio di unità innovative di generazione elettrica, a elevato rendimento, concepite espressamente per l’impiego a bordo di aeromobili di piccole dimensioni; grazie al supporto della Regione Piemonte e alle strutture del laboratorio LAQ-Aermec presso il DIASP, nel 2004 è stato possibile approfondire le ricerche fino alla realizzazione di alcuni banchi prova prototipali, appositamente studiati per l’imbarco a bordo di un velivolo ultraleggero. Il risultato più significativo del progetto è stata la costruzione di un banco prova a cella a combustibile PEM da circa 100W, alimentata a idrogeno e raffreddata ad aria.

La sperimentazione in volo di questa cella a combustibile, avvenuta nella primavera del 2006, ha consentito la definizione della caratteristica di funzionamento delle celle PEM nelle applicazioni aeronautiche. L’opportunità di effettuare, in anteprima mondiale, una tale sperimentazione ha suggerito al gruppo di ricerca del DIASP di commissionare alla DigiSky, piccola impresa incubata presso l’I3P del Politecnico, SkySpark: una prima campagna di prove di qualificazione in volo, in varie condizioni operative, condotta dai piloti Maurizio Cheli e Paolo Pari. DigiSky dispone infatti di una piccola flotta di velivoli ultraleggeri appositamente attrezzati per la sperimentazione. Il programma di prove si è svolto nella prima parte del 2007 con test fino a 5000 m di quota (sorvolando la cima del Monte Rosa).

Sono quindi state avviate la progettazione e la costruzione di un prototipo da circa 1kWe con cella PEM raffreddata a liquido. Visti i maggiori rischi derivanti dallo stoccaggio a bordo di una maggiore quantità di idrogeno e, soprattutto, alle incognite relative alle prestazioni in quota di una cella di maggiori dimensioni e di caratteristiche diverse dalla precedente raffreddata ad aria, si è preferito sperimentare in anticipo il sistema a terra in condizioni tali da simulare le effettive condizioni operative in volo. A questa fase della sperimentazione si sono aggiunti anche un finanziamento del progetto SISA del COREP e la partecipazione di altre due imprese: la Enerconv ha sviluppato l’unità elettronica di controllo e la Neohm ha co-progettato con il Politecnico di Torino uno specifico sensore integrato per la misura delle caratteristiche della portata dei reagenti in ingresso alla cella.

Le prime prove di volo con velivoli modificati di DigiSky nel 2008 hanno dato risultati incoraggianti, quindi si è passati all’ultima fase del progetto: viene proposta l’idea di utilizzare, sempre sulla classe dei velivoli ultraleggeri, la potenza generata dalle celle a combustibile per alimentare un propulsore elettrico in grado di garantire la trazione necessaria per il volo e battere un record di velocità. Il velivolo è stato assemblato con l’aiuto di alcuni studenti di ingegneria aerospaziale del Politecnico di Torino ed è stato ospitato presso il Dipartimento di Energetica. Si è proceduto dapprima con lo studio della batteria di emergenza e dell’installazione della bombola di idrogeno, attività condotte presso il DIASP con l’ausilio anche di alcuni tesisti.

Lo studio più approfondito, realizzato ancora con il supporto di un gruppo di tesi di laurea coordinate di studenti in ingegneria aerospaziale e gestionale del Politecnico di Torino, ha indicato la fattibilità della conversione. Paolo Guglielmi, ricercatore del Dipartimento di Ingegneria Elettrica (DELET), già coinvolto con il suo gruppo in progetti per lo sviluppo della propulsione elettrica di veicoli terrestri, ha proposto di progettare una macchina elettrica innovativa in grado di erogare una potenza specifica di oltre 2kW/kg, con regimi di rotazione adatti all’elica propulsiva. Il motore è stato quindi realizzato con la collaborazione della SICME motori di Torino e nasce Valentino, motore propulsivo direct-drive ovvero con propulsione diretta dall’elica con efficienza a piena potenza del 95%.

SkySpark è stato assemblato in primavera e al suo primo impegno ufficiale ha già raggiunto il record mondiale di velocità.


Nelle foto, il primo volo e il team del Politecnico