La strartup americana JetZero ha ricevuto un nuovo finanziamento per il programma di sviluppo di JetZero Z4, velivolo per applicazioni civili da 250 posti dedicato al segmento medio del trasporto commerciale. E’ caratterizzato da una configurazione “Bwb” con corpo alare integrato, soluzione forte di elevata efficienza aerodinamica ma anche di criticità tecniche importanti
Sul panorama dell’aviazione commerciale di prossima generazione, il programma sviluppato dalla startup statunitense JetZero rappresenta uno dei tentativi più audaci e concreti di riportare al centro del dibattito industriale una configurazione aerodinamica a lungo studiata ma mai realmente adottata su larga scala. Il “Blended Wing Body”, in un acronimo “Bwb”, e in italiano “corpo alare integrato”. Il progetto, noto come “Z4”, si colloca in un contesto in cui i grandi costruttori tradizionali come Airbus e Boeing continuano a evolvere architetture tubolari convenzionali, mentre nuove realtà come JetZero o Natilus di San Diego puntano a rompere il paradigma strutturale del velivolo civile proponendo un’integrazione estrema tra fusoliera e ala.
Con gli obiettivi di mettere a punto layout che massimizzino l’efficienza aerodinamica dei velivoli, definendo consumi specifici più contenuti da una parte e potenziali aumenti dei payload utili dall’altra. Il tutto a parità di massa operativa. L’impostazione “Bwb” proposta da JetZero non è semplicemente una variazione geometrica del velivolo tradizionale, ma una revisione sistemica del velivolo che va da una completa ridefinizione della distribuzione dei carichi, ai sistemi di pressurizzazione fino ad arrivare alla parte propulsiva e alla generazione della portanza. In riferimento a quest’ultimo aspetto risulta chiaro come l’intera cellula dei velivoli “Bwb” contribuisca alla generazione delle forze di sostentamento del velivolo eliminando la netta separazione tra ala e fusoliera tipica dei velivoli con architetture twin aisle e single aisle utilizzati oggi nel segmento.
Due layout che, dal punto di vista aerodinamico, consentono una diminuzione della resistenza indotta grazia a una distribuzione più uniforme della portanza lungo la campata alare equivalente, resistenza che nasce dalla differenza di pressione tra la parte inferiore e superiore delle superfici alari, uniche responsabili della generazione delle forze di sostentamento, manifestandosi a livello aerodinamico con vortici di estremità. Le stime divulgate nei concept relativi a “Z4” indicano incrementi potenziali del rapporto lift-to-drag nell’ordine del 20-30 per cento rispetto agli attuali velivoli ad architettura “widebody”, con conseguente riduzione del consumo di carburante per missione comparabile fino a valori prossimi al 25 per cento in condizioni operative ottimali.
A fronte di tale risultato però i velivoli “Bwb” soffrono di molteplici criticità che hanno portato il segmento aeronautico a prediligere le già citate soluzioni più convenzionali. In primis quelli relativi all’altra componente della resistenza aerodinamica, quella parassita, ossia la componente della resistenza che si oppone all’avanzamento del velivolo dovuta all’attrito con l’aria e alle caratteristiche geometriche. Per portare la resistenza parassita su valori gestibili in termini prestazionali e strutturali, i velivoli dovrebbero lavorare al di sopra dei 41 mila piedi di altezza, 12 mila e 500 metri, un’altitudine limite per gli aerei del segmento medio equipaggiati con turbofan ad alto bypass come i Cfm “Leap” o i Pratt&Whitney geared, tutte unità di spinta che a quelle quote soffrono di perdite di potenza. Al di sopra di quella quota infatti volano velivoli a lungo raggio equipaggiati con motori a basso bypass. Per superare tali criticità JetZero ha identificato quali motori per il proprio progetto i Pratt&Whitney “Pw2040”, unità che assicurano tra i 165 e 191 chilonewton di spinta ma che risultano più datati rispetto ai moderni motori “Leap” e “Gtf” definendo consumi maggiori.
Per questo altre aziende come Natilus di San Diego sa portando avanti progetti simili, sebbene meno estremi, utilizzando propulsori ad alto bypass nell’ottica di migliori prestazioni e riduzione dei consumi. “Horizon Evo”, il velivolo in fase di sviluppo da Natilus sarebbe un velivolo da 120 posti disposti su due file equipaggiato con motori a bypass ratio elevato, tipicamente compreso tra i dieci punti a uno e i 15 punti a uno nei modelli di ultima generazione. Sono unità progettate per massimizzare la massa d’aria bypassata rispetto al flusso core, riducendo la velocità del getto e quindi aumentando l’efficienza propulsiva secondo il principio della conservazione della quantità di moto. L’adozione di architetture con riduttore epicicloidale tipo “Gtf” consente inoltre di ottimizzare il regime di rotazione del fan rispetto al compressore a bassa pressione, permettendo diametri maggiori e quindi rapporti di bypass più elevati senza penalizzare eccessivamente la velocità periferica delle pale. Questo si traduce in un miglioramento dell’efficienza propulsiva complessiva e in una riduzione del rumore tonale, elemento particolarmente rilevante per una configurazione come quella dei “Bwb” che puntano a operare in scenari aeroportuali ad alta densità urbana.
Sempre ai motori inoltre è affidato il mantenimento della stabilità longitudinale dei velivoli. Nei “Bwb” la separazione tra centro aerodinamico e centro di massa richiede sistemi di controllo di volo altamente sofisticati, l’utilizzo di soluzioni fly-by-wire di ultima generazione e logiche di stabilizzazione attiva in grado di compensare l’intrinseca instabilità statica di alcune configurazioni ad alta efficienza. In tale ottica JetZero ha dichiarato, insieme a Pratt&Whitney, il proseguimento del programma che comprende upgrade dei sistemi propulsivi attualmente identificati. La configurazione propulsiva dei prototipi “Z4” prevede, secondo le ricostruzioni tecniche disponibili, un posizionamento dei motori nella parte posteriore dei velivoli nella parte superiore della cellula, in una configurazione “over-wing aft-mounted”, o semi-integrata nella parte superiore del corpo alare.
Questa soluzione non è casuale, ma risponde a molteplici esigenze aerodinamiche e acustiche. Da un lato consente di schermare parzialmente la propagazione del rumore verso il basso grazie all’effetto di scudo della struttura alare, dall’altro riduce l’interazione diretta tra il getto propulsivo e la corrente di strato limite della fusoliera inferiore. Tuttavia, questa scelta introduce una complessità ingegneristica significativa legata all’”ingestione dello strato limite”, il cosiddetto “boundary layer ingestion”. Fenomeno che, se sfruttato correttamente, può ridurre la resistenza globale del velivolo recuperando parte dell’energia cinetica del flusso rallentato sulla superficie del corpo alare, ma che al contempo genera distorsioni del flusso in ingresso al compressore, con impatti negativi su stabilità operativa, margini di surge, ossia la stabilità di funzionamento del compressore, arrivando a impattare sulla durata delle palette. Nel caso dei “Bwb” di JetZero, l’interazione dei motori con la cellula richiede una revisione dei parametri di tolleranza alla distorsione di ingresso dei flussi d’aria nei motori, con compressori frontali capaci di gestire flussi non uniformi e sistemi di controllo attivo della combustione in grado di mantenere la stabilità in condizioni transitorie.
L’integrazione strutturale dei motori nella parte superiore della cellula pone sfide ingegneristiche rilevanti in termini di carichi vibratori, raffreddamento, accessibilità manutentiva e certificazione anti-incendio. Oltre alla necessità di garantire che eventuali distacchi o failure non compromettano la struttura portante del velivolo. Un ulteriore elemento di complessità riguarda la gestione del momento di beccheggio generato dalla posizione elevata delle gondole motore, che deve essere compensato attraverso una progettazione accurata della distribuzione delle superfici di controllo. Spesso integrate direttamente nel bordo d’uscita del corpo alare. Rispetto alle soluzioni concorrenti sviluppate da realtà emergenti come Natilus, che propone anch’essa configurazioni “Bwb” ma focalizzate inizialmente su segmenti cargo regionali, JetZero si posiziona su un mercato più ambizioso, puntando al trasporto passeggeri di medio-lungo raggio con capacità paragonabile agli attuali widebody. Ma con una riduzione significativa dei costi operativi per “seat-mile”.
Comune ai “Bwb” infine anche la questione legata ai problemi di pressurizzazione di una cabina non cilindrica. Mentre nei velivoli tradizionali la fusoliera tubolare consente una distribuzione uniforme forze di pressione sulla struttura, nei “Bwb” le superfici pressurizzate sono ampie e irregolari. In tale ottica richiedono soluzioni avanzate di irrigidimento strutturale, utilizzo di materiali compositi ad alta resistenza e una gestione estremamente accurata dei gradienti di pressione per evitare fenomeni di fatica localizzata sui componenti strutturali. Inoltre, la disposizione interna dei sedili e dei compartimenti cargo deve adattarsi a geometrie non rettilinee, con implicazioni dirette sulle procedure di evacuazione d’emergenza, sulle certificazioni di sicurezza e sull’efficienza operativa degli spazi. Il confronto con le architetture tradizionali evidenzia una transizione tecnica e prestazionale che da un lato permette guadagni aerodinamici e potenziale riduzione dei consumi, dall’altro un incremento della complessità progettuale, dei costi di certificazione e delle incertezze legate alla maturità industriale del concetto. La sfida principale non è quindi dimostrare la validità aerodinamica del concetto, già ampiamente studiata in ambito sperimentale e militare.
Quanto rendere tale soluzione compatibile con i vincoli dell’aviazione civile moderna, che richiede elevati standard di affidabilità, manutenzione semplificata, modularità dei componenti e tempi di turnaround compatibili con le logiche delle compagnie aeree. In questo senso, il ruolo della propulsione diventa uno degli elementi più critici dell’intero sistema. La scelta tra turbofan convenzionali ad alto bypass, soluzioni geared o eventuali evoluzioni ibride future determinerà non solo le prestazioni del velivolo, ma anche la sua effettiva certificabilità e scalabilità industriale. Il JetZero “Z4” si colloca dunque come un banco di prova per una nuova generazione di architetture integrate, in cui aerodinamica, strutture e propulsione non sono più discipline separate, ma componenti di un unico sistema altamente interdipendente. Se il programma riuscirà a superare le barriere tecnologiche e regolatorie che storicamente hanno limitato la diffusione dei “Bwb”, potrebbe aprire uno scenario di discontinuità tecnologica paragonabile, per impatto, all’introduzione dei jet commerciali o dei compositi.
