Sensori di deformazione nei compositi per aeromobili

I materiali compositi offrono un livello di resistenza eccellente unitamente alla riduzione del peso che, a sua volta, determina un contenimento del consumo dei carburanti e delle emissioni. Le strutture a sandwich rappresentano attualmente la prima scelta per progettazioni leggere e resistenti. Una schiuma spessa e a bassa densità costituisce il nucleo sul quale vengono fissati rivestimenti sottili ma resistenti.

I nuclei di schiuma ROHACELL prodotti dalla EVONIK ROHM GMBH sono ampiamente utilizzati nell’industria aerospaziale. Le schiume con strutture simili a quelle delle cellule sono composte da una varietà di polimeri e i rivestimenti o strati protettivi sono solitamente plastiche rinforzate con fibre di carbonio (CFRP). L’azienda ha avviato il progetto SANDWICH FOAM CORES, finanziato dall’UE, allo scopo di progettare e di fabbricare strutture a sandwich CFRP con sensori integrati per il monitoraggio della salute strutturale (SHM).

La SHM rappresenta uno strumento estremamente importante ai fini del potenziamento della sicurezza e dell’affidabilità delle strutture critiche. La sua integrazione consente di ridurre i costi e i tempi associati agli interventi di manutenzione. I sensori basati su reticoli di Bragg in fibra (FBG), semplici e di piccole dimensioni, rappresentano eccellenti candidati per il monitoraggio delle plastiche rinforzate con fibre di carbonio degli aeromobili soggette a importanti sollecitazioni.

I reticoli di Bragg in fibra presentano un segmento corto di fibra ottica in grado di trasmettere specifiche lunghezze d’onda. La deformazione causa cambiamenti relativi alla lunghezza d’onda trasmessa creando, in tal modo, un sensore di deformazione. Inoltre, gli FBG sono immuni alle interferenze elettromagnetiche, nonché alle scariche di fulmini, e non richiedono alimentatori esterni. Questi dispositivi possiedono una buona stabilità a lungo termine e resistenza alla corrosione e presentano un funzionamento ideale con temperature estremamente basse.

Gli scienziati hanno progettato e fabbricato nuovi nuclei di schiuma ROHACELL. Sono stati quindi prodotti in autoclave componenti di dimostratori trattati di gusci induriti con nuclei di schiuma e con sensori FBG integrati. L’iniziativa SANDWICH FOAM CORES ha dimostrato con successo le prestazioni del sensore basato su reticoli di Bragg in fibra nei componenti del dimostratore trattati confermando la fattibilità dell’integrazione dei sistemi SHM in strutture a sandwich composite.

I lavori offriranno un enorme contributo allo sviluppo di speciali norme di progettazione di questi componenti. La commercializzazione dei materiali e dei processi consentirà di promuovere la competitività del settore aerospaziale dell’UE. Il potenziamento della sicurezza, l’abbattimento dei costi e la riduzione delle emissioni associate ai viaggi potrebbe offrire importanti benefici anche ad altre forme di trasporto.