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CROR Engine Debris Impact SHielding. Design, manufacturing, simulation and Impact test preparation

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Nuova schermatura per aeromobili riconfigurati con una progettazione innovativa del motore

Nuovi aeromobili ecoefficienti ridurranno notevolmente i livelli di emissioni di anidride carbonica e ossidi di azoto nell’atmosfera. Per raggiungere questi importanti obiettivi, i progettisti di aeromobili stanno esplorando nuove modalità per integrare motori avanzati e concetti di propulsione negli aeromobili.

Trasporti e Mobilità

Molti concetti promettenti, come il motore a rotore aperto controrotante (CROR, contra-rotating open rotor), non possono sostituire direttamente l’attuale generazione di motori, in quanto richiedono cambiamenti significativi nella progettazione dell’aeromobile, come lo spostamento posteriore dei motori lontano dall’ala. Ciò consente ventole e rotori di grandi diametri o ventole multiple, che contribuiscono a raggiungere livelli di efficienza del combustibile e riduzioni delle emissioni senza precedenti con una diminuzione della rumorosità in cabina e maggiore comfort per i passeggeri. Il principale problema di sicurezza con la tecnologia CROR è il rilascio di detriti ad alta energia a seguito di eventi di scoppio del motore o di «blade-off». Lo sviluppo di una schermatura dagli impatti contro i detriti di motori ad alta energia è necessario per l’attuazione della tecnologia di propulsione CROR nella fusoliera posteriore dei futuri aeromobili civili regionali. Il progetto REDISH, finanziato dall’UE, ha affrontato questa sfida approfondendo soluzioni innovative di schermatura. «Queste si proponevano di conformarsi ai requisiti e agli standard strutturali aeronautici, in particolare per quanto riguarda l’efficienza ponderata, che è la principale fonte di rendimento del combustibile e di riduzione delle emissioni», afferma Cláudio Lopes, coordinatore del progetto.

Analisi a livello di laminato e composito

I ricercatori hanno applicato un approccio di sviluppo numerico sperimentale associato a una serie di possibili configurazioni e hanno sviluppato strumenti di simulazione ad alta fedeltà per l’esecuzione di collaudi virtuali. Ciò ha ridotto notevolmente la necessità di condurre collaudi fisici costosi e ha accelerato il processo di sviluppo della schermatura. I partner del progetto hanno effettuato analisi a livello di laminato, valutando la capacità dei materiali di schermatura di resistere alla perforazione da impatto di frammenti di metallo e compositi frangibili in fibra di carbonio utilizzando campioni di laminato piatto e classificandolo come un indicatore di prestazioni. La fase successiva a livello di componente ha studiato la configurazione di schermatura finale e ha anche determinato la capacità della struttura di resistere alla perforazione. Il team ha inoltre approfondito altri indicatori qualitativi a livello sia di laminato che di componenti, oltre alle prestazioni strutturali. «Questi includevano: la “facilità di valutazione”, che riflette la disponibilità, la facilità di applicazione e l’accuratezza dei metodi atti a prevedere le prestazioni strutturali delle diverse soluzioni; e la “facilità di attuazione”, che riflette gli aspetti relativi all’attuazione, alla manutenzione e ai costi dei materiali», spiega Lopes.

Vantaggi aggiuntivi

Il processo di selezione ha individuato più di 30 soluzioni per il prossimo passaggio di valutazione, che prevede l’analisi di elementi finiti ad alta fedeltà. Ciò ha portato a una classificazione di fedeltà superiore di oltre 20 soluzioni valutate. Secondo Lopes: «Esse sono state quindi ridotte a 14 soluzioni, che sono state effettivamente prodotte e valutate nell’ambito di un altro progetto Clean Sky 2». REDISH ha descritto con successo il comportamento del materiale su scale di diversa lunghezza dal livello di compensato a quello di laminato, fino al livello di componente. Un ulteriore vantaggio di questo approccio dal basso verso l’alto riguarda il fatto che le modifiche alle proprietà dei componenti (fibra, matrici), all’architettura della fibra o allo stampaggio del laminato possono essere facilmente incorporate per fornire nuove previsioni del comportamento macroscopico del composito sotto impatto. Lopes conclude: «La schermatura aeronautica dagli impatti ad alta energia fornirà anche protezione contro altri tipi di minacce, come gli attacchi terroristici».

Parole chiave

REDISH, schermatura, laminato, aeromobile, emissioni, rotore aperto controrotante (CROR), efficienza del combustibile, composito

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