Le attività sono suddivise secondo le seguenti linee di ricerca:
- Progettazione e modellazione di sistemi di bordo elettrificati
Questo tema di ricerca comprende la progettazione dei sistemi di bordo dei velivoli e l'analisi degli effetti delle diverse architetture di sistema (con diversi livelli di elettrificazione) sull'intero velivolo. In particolare, vengono valutati gli effetti dovuti alle richieste di potenza, delle masse, dei volumi e delle specifiche esigenze installative delle diverse architetture di sistema (su diverse categorie di aeromobili). In questo contesto viene affrontata in dettaglio anche l’analisi degli effetti sulle prestazioni del sistema propulsivo. Vengono sviluppati modelli per la progettazione di nuovi sistemi elettrificati quali: sistema elettrico di pressurizzazione e condizionamento dell'aria, sistema elettrico antighiaccio (elettropneumatico ed elettrotermico), attuatori elettrici/elettroidrostatici e nuove architetture e standard (alta tensione DC o AC) per il sistema di generazione e distribuzione elettrica (EPGDS). Particolare attenzione viene inoltre posta sulla certificabilità delle soluzioni sistemistiche, alle loro caratteristiche RAMS e alle strategie di installazione.
Sono state avviate collaborazioni stabili con: il centro di ricerca aerospaziale tedesco DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) per l'integrazione della disciplina della progettazione dei sistemi di bordo nell'MDO del velivolo e studi relativi all'ottimizzazione dell'architettura dei sistemi; LEONARDO Divisione Velivoli – Ufficio di Progettazione Preliminare per analizzare l'impatto delle variabili di sistema a livello di aeromobile e viceversa; Università CONCORDIA (CANADA) per lo sviluppo di algoritmi per l'installazione automatica di sistemi di bordo; Università di Napoli per il calcolo delle prestazioni di missione del velivolo elettrificato e con ONERA Tolosa per l'ottimizzazione delle configurazioni del sistema.
Nell'ambito di questa direzione di ricerca, il software di progettazione dei sistemi ASTRID (Aircraft on board Systems sizing and TRade-off analysis in Initial Design) è stato sviluppato in modo da essere compatibile con un ambiente di progettazione multidisciplinare.
- Progettazione dei sistemi di bordo per la propulsione ibrida-elettrica
Questa direzione di ricerca è focalizzata sulla progettazione di sistemi per consentire l'implementazione della propulsione ibrida (elettrotermica) su velivoli ad elica e a reazione. Tali attività riguardano principalmente l'integrazione dei sistemi di bordo con l'innovativo sistema di propulsione, lo sviluppo di un sistema avanzato di gestione termica, EPGDS ad alta tensione (kilovolt) e ad alta potenza (megawatt), e lo sviluppo di nuove metodologie di progettazione degli aeromobili (a livello concettuale) e i requisiti della missione. Si studiano soluzioni impiantistiche adatte a questa tipologia di velivoli e capaci di integrarsi con la parte elettrica del sistema di propulsione. Particolare attenzione è riservata all'integrazione di motori elettrici, batterie e celle a combustibile. L'integrazione del sistema carburante ad idrogeno liquido è considerata uno dei sotto-argomenti di ricerca più importanti.
Inoltre, vengono condotti studi riguardanti le sinergie tra i sistemi di bordo e tra questi e il sistema di propulsione concentrandosi sul TMS, ECS ed EPGDS definendo nuove architetture di sistema e strategie di gestione della potenza.
E’ stata stabilita una collaborazione specifica con Leonardo LABS per sviluppare modelli statici, quasi-statici e dinamici di sistemi elettrificati per velivoli regionali ibridi-elettrici con particolare attenzione al sistema di gestione termica (TMS) adottando nuove tipologie di scambiatori e fluidi termovettori (nanofluidi).
- Costo del ciclo di vita e valutazione degli impatti ambientali
Questo tema di ricerca include principalmente la stima parametrica dei costi del ciclo di vita degli aeromobili e delle loro caratteristiche RAMS (affidabilità, disponibilità, manutenibilità e sicurezza). Le attività riguardano lo sviluppo di nuove metodologie ed algoritmi per la stima dei costi e RAMS includendo anche la quantificazione dell'impatto, in termini economici e RAMS, delle nuove tecnologie aeronautiche. Per quest'ultimo aspetto, le attività si concentrano sulle tecnologie dei sistemi MEA/AEA, nuovi materiali per propulsori, compositi a basso costo, ala a flusso laminare, ala morphing e ala adattiva. Modelli di costo che utilizzano nuovi parametri più sensibili alle tecnologie utilizzate negli aerei sono stati proposti e accettati dal contesto accademico. Inoltre, parallelamente a queste attività, vengono sviluppati modelli per la stima degli impatti ambientali che includano l'intero ciclo di vita (dall'estrazione dei materiali all'esercizio del velivolo e al suo smantellamento). Di particolare importanza è il confronto tra gli aerei tradizionali e quelli ibridi-elettrici.
E’ stata stabilita una collaborazione con l'ufficio LEONARDO Preventivazione per lo sviluppo di modelli di costo, il centro di ricerca aerospaziale tedesco DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) di Amburgo per lo studio di nuovi algoritmi di strategie di Design to Cost e per la selezione automatizzata delle architetture di sistema considerando la loro certificabilità (livello di sicurezza) e oneri manutentivi (affidabilità logistica), Università di Napoli per la stima dei costi di manutenzione degli aeromobili turboelica regionali.
Nell'ambito di questa direzione di ricerca sono stati sviluppati due software, il primo relativo alla stima dei costi del ciclo di vita (LyCiA) per diverse categorie di velivoli civili e militari, l'altro per il life cycle Assessment (F-LCA) per la stima degli impatti ambientali degli velivoli civili.
Referenti: Marco Fioriti