Progetto ATIMA - Innovazione Tecnologica e Ricerca Scientifica

Progetto ATIMA - Applicazione di Tecnologie Innovative per la Manutenzione Aeronautica.
Il progetto è finalizzato all’inserimento di aspetti di rilevanza ambientale inediti nel sistema di
Health management dei motori, integrando analisi innovative dei gas di scarico nel preesistente
sistema diagnostico. Il rafforzamento delle potenzialità del sistema di health management ottenuto
sarà quindi utilizzato per offrire nuovi servizi di manutenzione. Il sistema di misura multisensoriale
sarà anche congegnato per supportare attività diagnostiche durante la Line Maintenance.
Il deterioramento delle prestazioni dei motori a turbina aeronautici (air-breathing engines) può
essere schematicamente scomposto in due aliquote che sono difficilmente
quantizzabili
singolarmente. L’aliquota irreversibile è dovuta a esempio a fenomeni di usura, mentre l’altra,
“reversibile”, è conseguenza di fenomeni random provocati da fattori quali ambiente salino,
presenza di sabbia e polvere nell’atmosfera etc. In generale, il recupero delle prestazioni motore
sarebbe convenientemente proposto agli Operatori, con un intervento specifico di Line
Maintenance come il lavaggio compressore sull’apron, qualora la stima del solo deterioramento
reversibile fosse dimostrabile e attendibile.
La tipologia di aeromobili inizialmente identificata per la ricerca applicata di ATIMA è l’Airbus A320
family equipaggiato con motori CFM56-5B. L’acquisizione dei dati sperimentali e lo sviluppo
metodologico sfruttano convenientemente la disponibilità della piazzola prove motori presente in
aeroporto (Facilities di Atitech, Capodichino Napoli) cosi’ come le prove per il rilascio in servizio
degli aeromobili previste dopo ogni evento manutentivo. L’altro aeromobile di interesse per ATIMA
è il Boeing B737 anch’esso equipaggiato con un motore CFM56.
Il Progetto prevede lo sviluppo di un mini-van prototipo strumentato con sensori innovativi e dotato
della capacità di calcolo autonoma per utilizzare algoritmi diagnostici finalizzati a valutare
l’efficienza energetica dell’aeroplano. Il minivan è attrezzato per fornire anche un servizio di Line
Maintenance idoneo all’eventuale ripristino delle prestazioni motore.
Il metodo computazionale da sviluppare mira a stabilire quando il deterioramento reversibile è
influente significativamente sul consumo specifico del motore e come esso possa essere
convenientemente gestito per anticipare eventuali task manutentivi. E’ da considerare che il
deterioramento di un motore, anche se minimo, può comportare un aumento del consumo
specifico e quindi della emissione di CO2 che può arrivare anche al 2% nei casi estremi. Infatti, è
stato calcolato che con un regolare lavaggio dei motori, un solo aereo wide-body, emetterebbe
circa 330 tonnellate di CO2 in meno in un anno.
Il risultato “commerciale” della ricerca, cioè la possibilità di sviluppare nuovi servizi di
manutenzione per la MRO, fa leva principalmente sui costi contenuti del test diagnostico oggetto
della ricerca. L’applicazione del metodo deve quindi essere in grado di caratterizzare il
decadimento delle prestazioni motore, senza interferire sulle attività di routine che sono
usualmente programmate, ma comunque riuscire a condizionare autorevolmente il processo
stesso della manutenzione schedulata.
In pratica, si vogliono determinare le condizioni di convenienza energetica e economica per
interventi suppletivi di manutenzione eseguibili sui motori, da proporre al cliente/operatore in real
time, prospettandone gli eventuali benefici ottenibili. La ricerca è sostanzialmente finalizzata a
classificare e distinguere in modo “conveniente” un motore “performante” da quello “deteriorato”.
L’analisi richiesta deve essere inoltre calibrata sullo specifico aeromobile in esame anche
considerando l’utilizzo dello stesso da parte dell’operatore, e infine prospettare con dati quantitativi
immediati l’eventuale trade-off all’operatore per valutare il mantenimento in esercizio del motore
meno performante.
L’elemento competitivo per sviluppare il servizio manutentivo è conseguito con un approccio
probabilistico associato ad un nuovo sistema multisensoriale che fa uso in particolare di una
diagnostica sviluppata con tecniche di intelligenza artificiale.
Il sistema multisensoriale, in particolare, sfrutta tre tecnologie la cui caratterizzazione è l’oggetto
stesso della ricerca, le quali sono applicate in un contesto nuovo e con modalità innovative.
L’obiettivo è riuscire a differenziare adeguatamente i motori deteriorati da quelli performanti al
regime di NIR (Near Idle Rating) che è in particolar modo problematico.
Con la prima tecnologia si analizza la distorsione del plume allo scarico del motore nell’infrarosso.
Con la seconda si rileva la presenza nei gas di scarico di markers chimici specificamente
correlabili al fenomeno di interesse. Con la terza tecnologia, si integra una logica fuzzy negli
algoritmi diagnostici basati sulla GPA (Gas Path Analysis). Infine, le misure ottenute con le tre
tecnologie vengono integrate con algoritmi di intelligenza artificiale, secondo uno schema
computazionale probabilistico, che permette di determinare la probabilità condizionata dello stato
del motore.
Il sistema eNose utilizzato nel progetto per il rilevamento dei markers è sviluppato dall’ENEA. Il
naso è basato sul riconoscimento dell’impronta olfattiva e non sull’ analisi chimica. Questo consiste
nel multi sensor array, un software con algoritmi di digital pattern recognition e di un database di
riferimento su cui è basata la calibrazione dello strumento. L’elaborazione dei segnali provenienti
da sensori dell’eNose ha inizio con l’estrazione delle caratteristiche significative (features) relative
alle curve di risposta dei sensori.
La distorsione del plume è valutata invece con tecnologie di Pattern Recognition applicata alle
immagini in infrarosso ottenute con una termocamera FLIR ed è sviluppata dall’Università
Parthenope.
Gli algoritmi predittivi e statistici associati alla metodologia GPA, come pure l’integrazione dei
risultati ottenuti nei sistemi di health management preesistenti, sono a loro volta caratterizzati e
testati da Atitech che garantisce inoltre la disponibilità degli elementi essenziali per lo sviluppo
sperimentale delle altre tecnologie.
Le PMI (Desà Engineering, Air Support, Protom Group, e Polo Consulting) contribuiscono
significativamente alle attività di ricerca e sviluppo sperimentale e all’integrazione sia del software
che dell’hardware del prototipo. Esse sono inoltre specificamente impegnate nelle attività di
progettazione e modifica del minivan.