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Il peso è finito!

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Secondo Alvant, i suoi compositi a matrice di alluminio offrono significative riduzioni di peso del carrello di atterraggio - tra l'altro, consentendo ai produttori di affrontare la sfida del peso ridotto.

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I produttori aerospaziali sono attualmente alla ricerca di modi per ridurre il peso senza compromettere l'integrità strutturale, nonché per aumentare le capacità e le prestazioni dei prodotti, raggiungendo al contempo obiettivi ambiziosi in termini di sostenibilità, emissioni ed efficienza dei carburanti.

Un esempio è un composito a matrice metallica proveniente dal Regno Unito. Il produttore di materiali compositi, Alvant, ha recentemente collaborato con Safran Landing Systems, su un progetto biennale da 28 milioni di sterline, che mira a ridurre il peso dei componenti del carrello di atterraggio fino al 30%.

Il progetto, intitolato "Large Landing Gear of the Future", intende sfidare i materiali tradizionali utilizzati nella progettazione e produzione di carrelli di atterraggio, che attualmente sono più forti e pesanti del necessario. Il carrello di atterraggio attuale, che rappresenta circa il 3% del peso totale dell'aeromobile, ha un corrispondente effetto negativo sul consumo di carburante.

Inserimento della matrice

I compositi a matrice di alluminio (AMC) di Alvant sono una classe avanzata di materiali compositi, in cui l'alluminio è rinforzato con un materiale secondario ad alte prestazioni; tipicamente, una fibra lunga, una fibra corta o un particolato. Disponibili in diverse varianti, gli AMC sono utilizzati per la progettazione di componenti leggeri e durevoli per ambienti difficili, nonché per l'uso in applicazioni in cui si prevede che i metalli convenzionali si avvicinino o superino i loro limiti di prestazione. Le proprietà desiderate, come rigidità, resistenza e densità, possono essere adattate attraverso il rinforzo delle particelle con rinforzo continuo delle fibre (CFR), da preferire per applicazioni in cui sono necessarie prestazioni più elevate.

Rispetto ai metalli non rinforzati, gli AMC possono avere una maggiore resistenza, una maggiore rigidità, un peso inferiore, una maggiore resistenza all'usura, coefficienti di espansione termica più bassi e una conducibilità elettrica superiore, oltre ad offrire molteplici vantaggi rispetto ai materiali polimerici rinforzati con fibre di carbonio. Questi includono una maggiore resistenza trasversale e rigidità, un intervallo operativo termico più elevato, una migliore resistenza all'usura, una maggiore tolleranza ai danni, una più facile riparabilità e una maggiore possibilità di riciclo. Le AMC possono offrire una resistenza longitudinale superiore a quella dell'acciaio, ad un terzo del peso. Per ambienti difficili, gli AMC possono avere una resistenza a fatica superiore a quella degli acciai.

Il contributo di Alvant al progetto del carrello di atterraggio è il suo prodotto AlXal, un AMC continuo a base di fibre ottiche. Con l'aiuto di una sovvenzione di £513.000 da Innovate UK, Alvant sta progettando, producendo e testando una barra freno AlXal con una prevista riduzione di peso del 30% rispetto a un componente in titanio equivalente, pur mantenendo una resistenza paragonabile a quella dell'acciaio - riducendo il consumo di carburante e il rumore, migliorando al contempo l'affidabilità e abbassando i costi.

"Il progetto mira a fare uso di nuovi materiali e metodi di produzione per sviluppare e dimostrare tecnologie che ridurranno il peso del carrello di atterraggio, il consumo di carburante e la rumorosità, migliorando al contempo l'affidabilità e abbassando i costi di manutenzione, riparazione e funzionamento", dice Richard Thompson, direttore commerciale di Alvant.

"Un obiettivo chiave del progetto Large Landing Gear è quello di testare e dimostrare quanti più progressi tecnologici possibili", aggiunge Thompson. "Gli AMC di Alvant sono una soluzione sostenibile che migliora le capacità dei prodotti. Questo componente del carrello di atterraggio è solo uno dei tanti modi in cui le AMC possono aiutare le aziende aerospaziali a mantenere la resistenza riducendo al contempo il peso: "Secondo Alvant, le AMC offrono significative riduzioni di peso rispetto ai materiali tradizionali, consentendo ai produttori di affrontare la sfida della riduzione del peso e del consumo di carburante, mantenendo l'affidabilità e abbassando i costi di proprietà a vita intera - e può essere una linea di vita per le industrie che devono soddisfare i requisiti legislativi e di mercato sempre più rigorosi.

Per gestire costi e complessità, non è necessario che i componenti siano realizzati interamente in materiale composito a matrice di alluminio. I componenti possono essere rinforzati localmente con un metodo noto come hybrid-AMC evitando regioni a basso stress, dove non sono richieste proprietà meccaniche avanzate e fornendo prestazioni esattamente dove è necessario, utilizzando inserti AMC applicati al componente in alluminio più grande. Questo limita il contenuto di fibre, semplifica la geometria dell'inserto AMC e riduce i costi, aumentando le prestazioni e la capacità del componente.

Laddove la sicurezza e l'affidabilità sono essenziali, gli AMC possono trovare applicazione nelle tenute ad alta pressione, nei carrelli di atterraggio degli aerei e nei sedili. Grazie alla loro capacità di resistere a temperature estreme, gli AMC sono adatti anche per componenti di sistemi di batterie ad alta tensione, UAV e applicazioni di difesa.

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