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Aeromobili più economici, più verdi e più sicuri grazie a un nuovo approccio ai test strutturali

L’industria aeronautica ha dovuto affrontare importanti sfide negli ultimi anni: il maggiore accesso ai viaggi in aereo, il crescente costo dell’energia e la necessità di ridurre l’inquinamento. Oggi il settore si trova di fronte a una crescente richiesta di aeromobili più leggeri ed efficienti dal punto di vista dei consumi, che necessitano di nuove tecnologie.

Tecnologie industriali

Il progetto TEST-Inn, finanziato dall’UE, ha stabilito un approccio alternativo ai tradizionali test strutturali sperimentali per la misurazione della rigidezza torsionale e flessionale del controllo del flusso laminare ibrido. I ricercatori hanno sostituito la strumentazione convenzionale per la misurazione dello spostamento, come i sensori di contatto o gli estensimetri, con nuove soluzioni. L’obiettivo era di sviluppare un sistema di monitoraggio innovativo, da utilizzare durante i test strutturali per rilevare e localizzare il primo danno incipiente, e per la valutazione qualitativa e quantitativa degli eventi di sforzo-deformazione quali sovraccarichi, aspetto difettoso e persino crescita difettosa. Ciò ha consentito di controllare il processo di deformazione, garantendo test efficaci e di alta qualità che riducono i tempi, i costi e i rischi di sviluppo del prodotto. I partner del progetto hanno realizzato un innovativo sistema applicativo e di monitoraggio del carico per la verifica e la convalida del controllo del flusso laminare ibrido, un elemento integrato nello stabilizzatore di coda degli aeromobili commerciali. «Questa tecnologia attira piccoli volumi di aria lungo la superficie dell’aeromobile per ridurre l’attrito, determinando una riduzione del 30 % dei consumi di carburante», afferma Javier Zurbitu, coordinatore del progetto.

Un nuovo approccio

È stato utilizzato un banco di prova dotato di un sistema all’avanguardia per l’applicazione del carico, in combinazione con metodi di monitoraggio innovativi, al fine di dimostrare la rigidezza torsionale e flessionale delle configurazioni del bordo d’attacco del controllo del flusso laminare ibrido. Ciò attraverso l’utilizzo di una combinazione di sensori di monitoraggio strutturale per la valutazione qualitativa e quantitativa dello sforzo-deformazione durante i test strutturali. I nuovi metodi di monitoraggio includevano tecnologie quali le leghe a memoria di forma (LMF) per il morphing, che sfruttano le proprietà uniche delle leghe metalliche a memoria di forma per controllare la deformazione, al posto di altri sistemi classici per l’applicazione del carico. Grazie alle emissioni acustiche è stato possibile individuare e localizzare il primo danno durante i test. È stata poi utilizzata la correlazione digitale di immagini, una tecnica ottica in 3D senza contatto che misura i contorni e la deformazione, al fine di testare la trazione, la torsione, la flessione e il caricamento combinato, sia nelle applicazioni statiche che dinamiche. La tecnologia di rilevamento distribuita, basata sul diffusore a fibra ottica di Rayleigh, ha consentito di effettuare numerose misurazioni della deformazione a una risoluzione spaziale millimetrica lungo le fibre ottiche. Ciò ha permesso di convalidare i modelli strutturali in una vasta gamma di condizioni di carico, in particolare in aree ad alta concentrazione di stress. «Il diffusore a fibra ottica di Rayleigh è utile per misurare in modo continuo la deformazione delle aree interne o di aree che non possono essere verificate facilmente utilizzando altri metodi», spiega Zurbitu.

Notevole risparmio

Allo stesso tempo, l’utilizzo di uno scanner laser ha consentito ai partner del progetto di ottenere rapidamente il modello digitale in 3D di un componente mediante misurazione laser senza contatto. Le emissioni acustiche consistono nella radiazione di onde acustiche, che si verifica quando un materiale è soggetto a danno irreversibile nella sua struttura interna. Monitorando le onde delle emissioni acustiche con dei sensori situati sulla superficie di una struttura, è possibile individuare, localizzare e identificare il danno incipiente. Osserva Zurbitu: «Ciò potrebbe essere utilizzato per individuare i punti deboli di una struttura e rilevare il danno molto prima di quanto non avvenga con le tecnologie convenzionali.» TEST-Inn garantisce così test efficaci e di alta qualità di dimostratori integrati, migliorando inoltre il rilevamento e la quantificazione degli stress localizzati grazie a queste tecnologie emergenti. «Queste tecnologie contribuiranno a ridurre i tempi (costo non ricorrente), i rischi e i costi di sviluppo del prodotto. La configurazione suggerita per i test e le nuove tecnologie ridurranno del 33 % il numero di test necessari per lo sviluppo di nuovi prodotti, con un 25 % di risparmio sulle spese ricorrenti», conclude Zurbitu.

Parole chiave

TEST-Inn, controllo del flusso laminare ibrido, banco di prova, leghe a memoria di forma, LMF, diffusore a fibra ottica di Rayleigh, emissione acustica, scansione laser, monitoraggio del carico

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