Lavorazioni di Materiali Aeronautici

Autore: Luca Di Domenico

Revisione e trascrizione: Gaudio Giovanni

Lavorazioni di Materiali Aeronautici

REVISIONE

13 FEBBRAIO 2021

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3.2.3 Le leghe alfa-beta ......................................... 41

3.2.4 Le leghe beta .............................................. 42

3.3 Forgiatura ................................................... 46

3.4 Direct metal Deposition ...................................... 49

3.5 Superplastic Forming ......................................... 50

3.6 Investment Casting ........................................... 51

3.7 Machining .................................................... 53

4 Superleghe ..................................................... 55

4.1 Considerazioni Metallurgiche ................................. 56

4.2 Superleghe commerciali ....................................... 59

4.2.1 Le superleghe a base Ni .................................... 59

4.2.2 Le superleghe Fe-Ni ........................................ 60

4.2.3 Leghe a base cobalto ....................................... 60

4.3 Melting and Primary Fabrication .............................. 61

4.4 Powder Metallurgy ............................................ 62

4.4.1 Powder Metallurgy Forged Alloys ............................ 62

4.4.2 Mechanical Alloying ........................................ 63

5 Compositi a matrice Polimerica ................................. 65

5.1 Materiali .................................................... 66

5.1.1 Fibre ...................................................... 66

5.1.2 Matrici .................................................... 67

5.1.3 Forma del prodotto ......................................... 68

5.2 Cure Tooling ................................................. 69

5.2.1 Tooling Considerations ..................................... 69

5.3 Ply Collation ................................................ 72

5.3.1 Manual lay-up .............................................. 72

5.3.2 Flat Ply Collation and Vacuum Forming ...................... 73

5.4 Automated tape laying ........................................ 74

5.5 Filament Winding ............................................. 76

5.6 Fiber Placement .............................................. 78

5.7 Vacuum Bagging ............................................... 79

5.8 Curing ....................................................... 81

5.8.1 Curing of Epoxy Composites ................................. 82

5.8.2 Theory and Void Formation .................................. 82

5.8.3 Resin and Prepeg Variables ................................. 85

5.8.4 Condensation Curing Systems ................................ 85

Bibliografia ..................................................... 87

Elenco delle figure .............................................. 88

1.2.2 Pre-conceptual Studies

I Pre-conceptual Studies partono dal comprendere il mercato, e dal ”perché” piuttosto che ”come” un prodotto deve essere sviluppato. Il ”come” è a carico dell’ufficio AD. L’obiettivo principale, una volta capito il perché, è quello di garantire un profitto alla compagnia e per i clienti. Per fare questo bisogna fare delle previsioni affidabili sulla domanda di nuovi aeromobili, e quindi bisogna monitorare in maniera continua ciò che accade nel settore. Fondamentalmente gli studi devono identificare una linea di prodotto alla portata dell’azienda e l’esistenza di un mercato che può accettarla. Gli studi si concentrano su configurazione dell’aereo, identificazione delle tecniche e delle tecnologie con relative caratteristiche, (compiuto attraverso il dimensionamento iniziale dell’aereo), scelta dei motori, stima del peso e linea di sviluppo verso raggi più brevi o più lunghi. Alla fine del processo ci si aspetta una decisione del management, basata anche su un disegno 3D, per far sì che il progetto possa andare avanti. Gli studi pre-concettuali hanno assunto diversi nomi come studi di pre-fattibilità, concept finding o fase architetturale. Un fattore importante da considerare sono i Top Level Requirements (TLRs), che rappresentano dei vincoli alla progettazione insieme alle Certification Rules, che devono definire dei criteri validi per continuare il progetto oppure fermarsi. (per esempio, se il costo supera le aspettative). TLRs e CR non possono essere mai violati. Nel dettaglio, TLRs rappresentano delle caratteristiche che non devono essere soggette a variazioni durante il progetto, in quanto si va a violare la motivazione per cui si vuole un nuovo aereo. Un TLR può essere la scelta della velocità di crociera, che ha maggiore impatto sulla geometria dell’aereo, sui motori, e sul peso. Con velocità minori (0.85Mach) si riduce la struttura dell’aereo, si hanno minori consumi e minor capacità di carburante, quindi avere una velocità elevata (0.95Mach) crea problemi. Un altro TLR è la capacità di atterrare o decollare su determinate lunghezze di pista, se le stesse più grandi vanno bene, viceversa l’aereo non può essere utilizzato e certificato.

1.3 Product Development

Il Product Development è una parte più complessa, e consiste nello sviluppo dei concetti precedenti. Le fasi sono le seguenti:

• Conceptual Design Permette di capire l’architettura generale dell’aereo e se è fattibile. Questa fase richiede dai 4 ai 6 mesi per un aereo commerciale, e dai 9 ai 12 mesi per uno a medio raggio. È un processo ciclico in cui si parte dai concetti semplici e man mano si vanno ad aggiungere dettagli, quindi più passa il tempo più il dettaglio del progetto migliora;
• Preliminary Design Phase Serve ad indentificare lo studio dei componenti principali del sistema. Di solito la fase dura dai 12 ai 16 mesi;
• Detail Design Phase In questa fase i disegni di dettaglio vengono forniti e avviene la fase decisionale, ovvero del management, se andare avanti o no. Questa fase può durare dai 2 ai 3 anni.

Quindi durante queste 3 fasi il livello di dettaglio tende ad aumentare. Ma durante il Conceptual Design l’interazione tra i maggiori componenti come gli elementi delle ali, serbatoi di carburante e il carrello di atterraggio, sono molto importanti rispetto ai loro dettagli geometrici. I produttori di aerei sono attivi su diverse linee in mercati differenti, e operano con differenti metodi di management. In funzione dell’esperienza del Team AD, bisogna

ALTITUDE

Climb

Cruise

Step climb

Cruise

Diversion

Climb

Descent

Hold 45 min

Land, taxi

Taxi, takeoff, maneuver

Mission fuel

Maneuver, landing, taxi

Distance to alternate destination (reserve fuel)

DISTANCE

Figura 1.3: Profilo di volo di un aeromobile

Figura 2.4: Coerenza e incoerenza dei precipitati

nella forma, nell’ordine della decina di angstroms. Forma esatta, dimensione, e distribuzione delle zone GP dipendono nello specifico dalla storia termica e meccanica del prodotto. Si parte da una soluzione solida super satura (aumento di temperatura, solubilizzazione, rapido raffreddamento), successivamente si ha il clustering (le particelle iniziano ad aggregarsi e hanno una dimensione tale da poter sottostare alle deformazioni del reticolo), e si formano le zone GP (si sviluppano normalmente durante l’invecchiamento a temperatura ambiente). Durante il riscaldamento, le zone GP sviluppano un precipitato intermedio θ″ che ha una struttura tetragonale, che forma delle placche o piastre che mantengono la coerenza con la matrice. Successivamente si forma un secondo precipitato intermedio θ′ che non è coerente con la matrice, e quindi la resistenza inizia a decrescere e la lega ora subisce un invecchiamento termico. Tuttavia, nelle condizioni di alta resistenza, entrambi i precipitati sono presenti poiché sono delle fasi di non equilibrio. Un ulteriore riscaldamento della lega causa la trasformazione del precipitato θ′ nel precipitato di equilibrio θ. Quindi riassumendo, si parte dalla soluzione solida super satura, piano piano inizia la fase di invecchiamento. Nel trattamento di invecchiamento si raggiunge un massimo di resistenza meccanica quando coesistono i precipitati θ″ e θ′. Se esiste solo θ″ si è in condizioni di buona resistenza, ma minore del picco (condizione di sotto-invecchiamento). Se invece, si esagera nel processo, si va nella fase di equilibrio e i precipitati sono quindi stechiometrici, la distorsione del reticolo diminuisce e quindi anche la resistenza (condizione di sopra-invecchiamento).

2.2 Designazione delle leghe

La prima cifra indica la famiglia di leghe; la seconda cifra indica la variazione rispetto alla lega di base, corrisponde a 0 se la lega contiene elementi conformi alla propria famiglia di appartenenza, mentre è diversa da 0 se vi sono varianti rispetto alla lega di base. Le