Costruzione leggera nell'aviazione

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L'ala è una delle parti più complesse di un aereo. Deve garantire la portanza a diverse velocità e attitudini di volo e assorbire le forze trasversali e i momenti flettenti che ne derivano. Le geometrie richieste presentano ai costruttori di velivoli sfide importanti nella progettazione e nella produzione.

Per l'aereo passeggeri a batteria "Alice", la compagnia israeliana Eviation ha quindi portato a bordo esperti del Fraunhofer Institute for Foundry, Composite and Processing Technology IGCV. Insieme ad altri tre partner provenienti dall'Asia e dalla Germania, la struttura di ricerca di Augsburg ha sviluppato una soluzione di costruzione leggera funzionante. Ci sono voluti solo dieci mesi dall'idea al prototipo.

"La nostra attenzione al Fraunhofer IGCV si concentra sulla ricerca orientata all'applicazione di metodi di costruzione leggera intelligente e di processi di produzione automatizzati con i quali è possibile produrre strutture composite in fibra ad alte prestazioni in modo efficiente in termini di costi e di energia", afferma Steffen Geinitz, project manager del Fraunhofer IGCV per il progetto e capo reparto della divisione Online Process Monitoring. "Questo know-how ci ha reso un partner ottimale per i clienti e i partner di Israele e Singapore - non solo per la realizzazione del prototipo, ma anche in vista della successiva produzione in serie"

Alice è costituita da un'alta percentuale di materiali compositi. Per le ali viene utilizzato tessuto CFRP in varie grammature (peso per unità di superficie). Una delle sfide nel loro sviluppo è che il design del velivolo include eliche a pressione con una potenza superiore a 300hp, e che si trovano alle estremità delle ali e alla coda. Ciò significa che è stato necessario soddisfare ulteriori requisiti per la progettazione strutturale.

Per il progetto, il team di Fraunhofer IGCV ha riunito le competenze di diversi settori specialistici della tecnologia dei compositi. Gli scienziati hanno incorporato la loro pluriennale esperienza nella gestione dei processi di produzione di CFRP nello sviluppo dell'ala Alice. Il team ha sviluppato il processo di infusione e lo ha ottimizzato per una produzione più efficiente - il tutto in meno di sei mesi. Inoltre, il Fraunhofer IGCV ha prodotto due alettoni per il mock-up e il prototipo, che sono stati utilizzati per testare e convalidare il processo. In totale, gli scienziati hanno impiegato solo dieci mesi per sviluppare la soluzione leggera per l'ala.

I componenti portanti dell'ala lunga 16,12 m - 30 mm di spessore dei longheroni in CFRP - sono stati prodotti dalla Vacuum Assisted Process (VAP) con inserimento manuale. A differenza dell'A350, prodotto dal processo di posa del nastro e dall'indurimento in autoclave, il processo di infusione sotto vuoto è più adatto per la produzione di piccoli lotti o prototipi. Inoltre, il team ha considerato critico il successo con un processo di infusione diverso.

Il processo manuale è stato scelto perché l'automazione sarebbe stata troppo dispendiosa in termini di tempo per il periodo di tempo impostato. Grazie al processo di infusione VAP, le inclusioni di aria e gas potevano essere rimosse in modo affidabile ed efficiente, ottenendo valori di porosità inferiori allo 0,3% e contenuti volumetrici delle fibre con una precisione fino all'1%. Inoltre, è stata raggiunta la qualità richiesta, che altrimenti sarebbe stata possibile solo con un costoso processo di posa in autoclave e nastro adesivo. I componenti sono stati prodotti direttamente in loco nelle officine Fraunhofer IGCV e presso il partner di progetto a Singapore.