Un nuovo approccio per testare i materiali avanzati destinati alle cellule degli aeromobili
Il settore dell’aviazione, responsabile del 2 % delle emissioni totali di CO2 a livello mondiale, deve fare il possibile per ridurre la propria impronta di carbonio. Un buon punto di partenza è la cellula stessa degli aeromobili. «Più pesante è l’aereo, maggiore è il consumo di carburante», afferma Alfonso Carpio Rovira, responsabile del programma di ricerca e sviluppo presso Applus Laboratories. «Poiché la fusoliera rappresenta tra il 20 % e il 30 % del peso totale dell’aereo, renderla più leggera potrebbe contribuire a ridurre il consumo di carburante, e quindi le emissioni di carbonio.» Ma quale sarebbe il risparmio effettivo? Secondo alcune stime, le fusoliere in leghe di alluminio-litio (Al-Li) possono pesare il 10 % in meno, con un conseguente aumento del 20 % dell’efficienza del carburante. Per aiutare i progettisti di aeromobili a sfruttare le potenziali riduzioni delle emissioni delle fusoliere più leggere, e con il sostegno del progetto DEMONSTRATE, finanziato dall’UE, Applus e Athena hanno valutato la resistenza strutturale di due nuovi progetti di cellule per aeromobili, una in leghe AI-Li e l’altra in termoplastica.
Metodologie avanzate di simulazione e collaudo
Essendo una struttura fondamentale per la sicurezza, ogni componente di una nuova cellula deve essere sottoposto a convalide e collaudi rigorosi. Proprio qui che entra in gioco il progetto DEMONSTRATE. «Il nostro obiettivo era dimostrare l’integrità strutturale di questi pannelli della fusoliera, attraverso metodi avanzati di simulazione e collaudo, abbinati a dati sperimentali», spiega Carpio Rovira. Il primo passo è stato quello di sviluppare la tecnologia necessaria, tra cui un metodo di prova virtuale per definire le condizioni di carico e limite dei pannelli irrigiditi. «Garantire condizioni limiti corrette utilizzando uno strumento flessibile con vari gradi di libertà si è rivelato più impegnativo del previsto», aggiunge Carpio Rovira. Per superare questo potenziale ostacolo, Athena ha sviluppato un modello realistico a elementi finiti (FEM, Finite Element Model) per prevedere il comportamento del sistema e fornire linee guida per la progettazione ottimale dell’utensileria. Tra le altre tecnologie impiegate vi sono un’ampia gamma di tecniche di misurazione e metodi di simulazione avanzati.
Un banco di prova in scala reale
Le tecnologie sono state integrate in un banco di prova per pannelli di fusoliera su scala reale. Il banco, una soluzione innovativa, economica e facilmente adattabile, è stato utilizzato per ottimizzare un collaudo dei pannelli compositi e metallici. In particolare, i ricercatori hanno condotto test statici su pannelli avanzati metallici e termoplastici su scala reale, curvi e irrigiditi integralmente, come quelli della fusoliera di un tipico jet d’affari. Il banco di prova è stato anche utilizzato per un test di resistenza su un pannello curvo AI-Li di quarta generazione, irrigidito integralmente, in condizioni reali.
Un impegno reciprocamente vantaggioso
Il gruppo di ricerca ha stabilito che questo nuovo metodo di test e gli strumenti utilizzati possono dimezzare i tempi e i costi di collaudo. «Si tratta di un risultato importante per Applus, perché la possibilità di migliorare i tempi e i costi dei nostri servizi, senza sacrificare l’accuratezza, aumenterà la competitività delle nostre attività di collaudo e contribuirà a introdurre questi importanti materiali sul mercato più velocemente», afferma Carpio Rovira. Anche Athena è avvantaggiata dal coinvolgimento nel progetto. L’azienda prevede di sviluppare ulteriormente i propri modelli realistici a elementi finiti per l’uso in ambito accademico e industriale. «L’acquisizione di una grande quantità di informazioni, attraverso un’accurata correlazione di immagini digitali, apre la strada a una migliore correlazione degli esperimenti con i modelli FEM», aggiunge George Lampeas di Athena. «Ciò può consentire una validazione più accurata di questi ultimi, migliorandone l’affidabilità, e dunque anche l’utilità negli ambienti di sviluppo industriale.»
Parole chiave
DEMONSTRATE, cellule, efficienza del carburante, simulazione, aviazione, fusoliera
