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Il cielo è il limite per le AMC

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Mentre i produttori aerospaziali continuano a cercare nuovi modi per aumentare le capacità e le prestazioni dei prodotti e allo stesso tempo raggiungere ambiziosi obiettivi di efficienza dei carburanti e sostenibilità, Richard Thompson, direttore commerciale di Alvant, guarda ai crescenti vantaggi offerti al settore da Aluminium Matrix Composites (AMC).

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Ridurre il peso senza compromettere l'integrità strutturale è un must per la maggior parte dei progetti di ingegneria, niente di più che nell'industria aerospaziale, dove la riduzione del peso può ridurre il consumo di carburante e le emissioni di carbonio.

I tipici aerei commerciali moderni hanno un mix di materiali (in peso) composto per il 50% da materiali compositi, 20% alluminio, 15% titanio, 10% acciaio, 5% altri materiali. Oltre al peso, l'industria sta anche cercando di ridurre il contenuto di titanio a causa del costo, della difficoltà di lavorazione e dell'impatto ambientale dell'estrazione e della lavorazione.

Mentre il settore si trova ad affrontare un'enorme sfida per soddisfare ampi criteri, ci potrebbe essere una speranza sotto forma di soluzione grazie agli AMC. Si tratta di una classe avanzata di materiali compositi in cui l'alluminio è rinforzato con un materiale secondario ad alte prestazioni e sono adatti ad applicazioni in cui si prevede che i metalli convenzionali si avvicinino o superino i loro limiti di prestazione. Gli AMC possono trovare applicazione anche nelle guarnizioni ad alta pressione, nei carrelli di atterraggio degli aerei e nei sedili, dove la sicurezza e l'affidabilità sono essenziali.

Collaborazione di settore

Il crescente interesse per le AMC è stato confermato da progetti di collaborazione di grandi marchi come quello con il gruppo ad alta tecnologia Safran Landing Systems, che ha recentemente collaborato con Alvant in un progetto biennale di 28 milioni di sterline, intitolato 'Large Landing Gear of the Future', con l'obiettivo di ridurre il peso del carrello di atterraggio fino al 30%.

Il progetto esamina come gli AMC possono sfidare i materiali tradizionali nella progettazione e nella produzione di gruppi di carrelli di atterraggio. Gli attuali sistemi di carrelli di atterraggio sono tipicamente più robusti e pesanti del necessario, rappresentando circa il tre per cento del peso dell'aereo, con un corrispondente effetto sul consumo di carburante.

"Il progetto mira a utilizzare nuovi materiali e metodi di produzione per sviluppare e dimostrare tecnologie in grado di ridurre il peso del carrello di atterraggio, il consumo di carburante e il rumore, migliorando al contempo l'affidabilità e riducendo i costi di manutenzione, riparazione e funzionamento", afferma Thompson.

Il contributo di Alvant al progetto è la progettazione, la produzione e il collaudo di un'asta del freno AMC, con l'obiettivo di ridurre il peso del 30% rispetto ad un componente equivalente in titanio, mantenendo la stessa resistenza dell'acciaio.

"Un obiettivo chiave del progetto Large Landing Gear è quello di testare e dimostrare il maggior numero possibile di progressi tecnologici", aggiunge Thompson. "Gli AMC di Alvant sono una soluzione sostenibile che migliora le capacità del prodotto. Questo componente del carrello di atterraggio è solo uno dei tanti modi in cui le AMC possono aiutare.

Soluzione in un colpo solo

Un'altra innovazione di Alvant è il CorXal, un AMC multifase ad alte prestazioni, unico nel suo genere, simile per concezione ad un materiale sandwich ma realizzato in un processo a pallini singoli, che fornisce una rigidità ultra-elevata e una densità simile al composito di carbonio.

Alvant sta attualmente lavorando con le aziende aerospaziali per esplorare le potenziali applicazioni di questo materiale, un esempio è l'incorporazione di un AMC in un unico pezzo nel bordo d'attacco delle ali degli aerei.

Le ali degli aerei sono soggette a grandi forze aerodinamiche, enormi sbalzi di temperatura e sono suscettibili ai colpi di uccelli e di fulmini.

I materiali esistenti utilizzati nella produzione tradizionale delle ali sono risultati suscettibili di degrado del legame tra la pelle e gli elementi del nucleo. Questo può essere causato da fattori ambientali come la temperatura, l'ingresso di umidità e la contaminazione, che possono avere un impatto negativo sull'integrità del legame. Il risultato è stata la tendenza a progettare componenti con fattori di sicurezza eccessivi per compensare questa potenziale degradazione.

A causa del processo di produzione in un solo colpo di CorXal non esiste un'interfaccia di legame tra la pelle e gli elementi del nucleo, ma una matrice continua di alluminio in tutto il materiale fornisce un sistema chiuso. Ciò significa che le parti realizzate in CorXal non soccomberanno alle condizioni ambientali, mantenendo le necessarie proprietà strutturali necessarie, aumentando la rigidità fino a quattro volte rispetto ad alcuni gradi di alluminio e riducendo il peso di un obiettivo del 40% rispetto ad alcuni acciai. La riduzione del peso degli aerei avrà anche un effetto corrispondente sul consumo di carburante.

Vantaggi delle AMC

Le AMC offrono una significativa riduzione del peso rispetto ai materiali tradizionali, offrendo ai produttori la possibilità di affrontare la sfida della riduzione del peso e del consumo di carburante, mantenendo al contempo l'affidabilità e riducendo i costi di proprietà per l'intero ciclo di vita.

Gli AMC sono unici in quanto sono disponibili in molteplici varianti (dove il materiale metallico è stato rinforzato con un materiale secondario ad alte prestazioni - tipicamente una fibra lunga, una fibra corta o un particolato) e le proprietà, come la rigidità, la resistenza e la densità possono essere personalizzate attraverso il rinforzo delle particelle con il rinforzo continuo delle fibre (CFR). Questo metodo è preferito per applicazioni in cui sono necessarie prestazioni più elevate.

Secondo Alvant, gli AMC possono avere una resistenza superiore rispetto all'acciaio a meno della metà del peso, il che significa che i componenti altamente caricati, solitamente realizzati con metalli tradizionali, come acciaio, titanio e alluminio, possono essere sostituiti da parti leggere e a bassa inerzia senza alcun aumento delle dimensioni dell'imballaggio.

Quando vengono utilizzati per progettare componenti leggeri e durevoli per ambienti difficili, gli AMC possono avere una maggiore resistenza, una maggiore rigidità, un peso inferiore, una resistenza all'usura superiore, coefficienti di espansione termica inferiori e una conduttività elettrica superiore, se paragonati ai metalli non rinforzati.

Gli AMC vantano inoltre molteplici vantaggi rispetto ai materiali rinforzati con fibre polimeriche, come una maggiore resistenza trasversale e rigidità, un più elevato range di funzionamento termico, una migliore resistenza all'usura, una superiore tolleranza ai danni e maggiori opportunità di riciclo.

"Queste industrie si trovano ad affrontare la sfida di trovare materiali adatti che riducano il peso, mantenendo al contempo l'affidabilità e riducendo i costi che la proprietà per l'intero ciclo di vita può comportare", aggiunge Thompson. "Le AMC offrono un potenziale entusiasmante alle industrie che hanno bisogno di un cambio di prestazioni graduale per soddisfare le sempre più severe richieste del mercato e della legislazione. Siamo nella fase di crescita di un'era di Nuovi Materiali, ora è il momento per l'industria aerospaziale di smettere di affidarsi alle tecnologie tradizionali e di abbracciare il cambiamento"

www.alvant.com

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