IT201800010328A1 - Procedimento per la fabbricazione di un cassone multi-centina in materiale composito con pannelli irrigiditi integrati - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione dal titolo:

"Procedimento per la fabbricazione di un cassone multi-centina in materiale composito con pannelli irrigiditi integrati"

DESCRIZIONE

Settore tecnico

La presente invenzione riguarda in generale un procedimento per la fabbricazione di un componente strutturale per velivoli. In particolare, l’invenzione riguarda un procedimento per la fabbricazione di un cassone multi-centina in materiale composito con pannelli irrigiditi integrati, utilizzabile in particolare come cassone strutturale in un’ala, o in un impennaggio verticale o orizzontale.

Tecnica nota

La configurazione attualmente adottata per i cassoni aeronautici - alari o degli impennaggi di coda dei velivoli ad ala fissa - consiste in un assieme di diversi componenti di struttura primaria, quali, tipicamente, due pannelli irrigiditi con correntini longitudinali, due longheroni longitudinali, un certo numero di centine trasversali, elementi angolari ed elementi di collegamento meccanici convenzionali.

Tali componenti, realizzati in materiale composito e/o in metallo, vengono fabbricati singolarmente e, successivamente, sono assemblati nella configurazione finale del cassone tramite operazioni di foratura e installazione di organi di collegamento di tipo meccanico (rivetti, bulloni e simili). Questa configurazione convenzionale è detta configurazione ‘build-up’, ed è caratterizzata da notevoli svantaggi relativamente ai costi di produzione, tra i quali: un elevato numero di parti da fabbricare e gestire nel sistema produttivo, un processo di assemblaggio molto oneroso per la notevole quantità di fori da eseguire e di organi di collegamento da installare, nonché per i controlli necessari a verificare l’assenza di luce ovvero di spazio tra le parti in accoppiamento, e per le attività aggiuntive richieste per realizzare in corso d’opera gli eventuali riempitivi necessari a colmare i suddetti vuoti, quando presenti. Inoltre, la configurazione c.d. build-up comporta anche significative penalizzazioni di peso della struttura, mal tollerate nelle applicazioni aeronautiche, soprattutto per l’incremento di costo di esercizio del velivolo, ovvero di consumo di carburante. L’incremento di peso per questi assemblati deriva essenzialmente dalla necessaria presenza di forature nelle zone di accoppiamento tra i diversi elementi. Infatti, le forature, prefigurandosi come un indebolimento localizzato del componente, richiedono un ispessimento delle zone interessate, per sopportare in sicurezza il carico di progetto. Inoltre, per le strutture in composito anche il peso degli organi di collegamento incide negativamente, in quanto maggiore di quello della porzione di materiale asportato.

Tra le tecniche note per la fabbricazione degli impennaggi di coda esiste anche quella che permette di realizzare dei cassoni integrati multilongherone in composito cocurato. Questa tecnologia, pur permettendo di superare tutte le problematiche tecniche tipiche della configurazione buildup sopra citate, è caratterizzata da significative limitazioni geometriche e di configurazione che ne limitano l’applicabilità ai soli stabilizzatori orizzontali dei velivoli commerciali. Nello specifico, i cassoni multi-longherone cocurati non risultano sufficientemente competitivi, in termini di peso e di costo, rispetto ai cassoni in configurazione build-up, per le strutture per le quali è richiesta una elevata resistenza a torsione, come i cassoni alari e quelli della deriva. Un ulteriore problema tecnico di questa tecnologia è che essa non è applicabile a configurazioni che prevedano la presenza, in aggiunta ai longheroni, di ulteriori correntini di rinforzo, per irrigidimento longitudinale della struttura. Inoltre, secondo la tecnica nota non è possibile realizzare cassoni con profili aerodinamici fortemente arcuati e/o con elementi interni di ispessimento o irrigidimento in direzione trasversale (ovvero, che si estendono nel senso della corda del profilo alare), oppure con i longheroni interrotti nella direzione longitudinale (ovvero, perpendicolarmente al senso della corda del profilo alare) del cassone. Queste limitazioni, che compromettono fortemente la possibilità di efficientare dal punto di vista strutturale, e quindi di peso, il cassone per velivoli, derivano essenzialmente dal fatto che la cocura del multilongherone è possibile solo in configurazioni in cui sia possibile estrarre gli attrezzi ausiliari, ovvero le anime, utilizzati per la realizzazione di ciascuna cella o baia della struttura.

Sintesi dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è realizzare un procedimento per la fabbricazione di un cassone per velivoli che superi gli inconvenienti e le limitazioni di applicabilità della tecnica nota.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo la presente invenzione grazie a un procedimento per la fabbricazione di un cassone per velivoli definite nell'annessa rivendicazione indipendente 1.

Forme di attuazione vantaggiose dell’invenzione sono specificate nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto è da intendersi come parte integrale e integrante della descrizione che segue.

In sintesi, l’invenzione si fonda sull'idea di realizzare un procedimento per la fabbricazione di un cassone per velivoli in cui il cassone comprende un primo ed un secondo pannello, irrigiditi con una pluralità di correntini di rinforzo longitudinali, ed una pluralità di centine, disposte trasversalmente, che vengono sottoposti congiuntamente ad un singolo processo di polimerizzazione. Ciò è reso possibile grazie all’utilizzo, a monte del processo di polimerizzazione, di una pluralità di anime, ovvero di attrezzi ausiliari, atti a garantire il preciso posizionamento relativo dei componenti, dette anime comprendenti ciascuna una porzione centrale estraibile, che permette la rimozione delle anime anche quando il cassone principale è interamente assemblato.

Al termine del procedimento secondo l’invenzione, al cassone possono essere assemblati meccanicamente, in maniera di per sé nota, una coppia di longheroni, a chiusura esterna sui lati lunghi del cassone.

Secondo una forma di realizzazione dell’invenzione, almeno uno tra il primo ed il secondo pannello viene fornito già polimerizzato, e la pluralità di centine viene ad esso assemblata tramite un processo di cobonding, ovvero viene disposto uno strato di materiale adesivo tra il pannello e le centine prima della polimerizzazione.

Vantaggiosamente, ciascuna anima viene rivestita, a monte del processo di polimerizzazione, con uno o più sacchi di cura, in maniera di per sé nota.

Preferibilmente, la porzione centrale di ciascuna anima ha una sezione rastremata lungo la direzione trasversale.

Grazie ad una tale configurazione delle anime, è possibile estrarre semplicemente le anime dall’assieme prima del processo di polimerizzazione, per cui un procedimento secondo l’invenzione permette di realizzare cassoni multi-centina che abbiano una configurazione più complessa e possano essere utilizzabili anche per strutture che richiedono una resistenza torsionale maggiore, rispetto all’utilizzo come cassone di uno stabilizzatore orizzontale.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica di un cassone secondo una possibile forma di attuazione dell’invenzione;

la figura 2 è una vista prospettica di un primo pannello predisposto su un letto di cura;

la figura 3 è una vista prospettica di un primo pannello e di una coppia di centine;

la figura 4 è una vista prospettica di un primo pannello, di una coppia di centine e di un’anima;

la figura 5 è una vista prospettica di un primo e di un secondo pannello, di una coppia di centine e di un’anima;

la figura 6 è una vista in esploso di un’anima; e

la figura 7 è una vista in esploso di un cassone completo di rispettivi longheroni anteriore e posteriore.

Descrizione dettagliata

Nel presente contesto, il termine ‘longitudinale’ indica una direzione sostanzialmente coincidente o parallela con quella di estensione principale dell’ala o dell’impennaggio, mentre il termine ‘trasversale’ indica una direzione a questa sostanzialmente perpendicolare, identificabile, in generale, con una direzione sostanzialmente coincidente o parallela con quella di un profilo alare o di impennaggio.

Con riferimento alle figure, un cassone per velivoli è indicato complessivamente con 10.

Il cassone 10 comprende un primo pannello 12a, un secondo pannello 12b, e una pluralità di centine 14.

Il primo pannello 12a, il secondo pannello 12b e le centine 14 sono realizzati in materiale composito. Preferibilmente, il materiale composito comprende una matrice in resina termoindurente o bismaleimidica e/o una fase di rinforzo in fibra di carbonio e/o di vetro.

Il primo pannello 12a ed il secondo pannello 12b possono essere realizzati in maniera analoga. In questo esempio, per brevità, si descriverà solo il primo pannello 12a, fermo restando che il secondo pannello 12b è generalmente costituito da elementi simili o identici a quelli del primo pannello 12a, ottenuti tramite processi realizzativi analoghi.

Il primo pannello 12a comprende un rivestimento 16 ed una pluralità di correntini 18 di rinforzo.

Il rivestimento 16 comprende una sequenza di strati di materiale composito, preferibilmente di un materiale composito a matrice in resina epossidica e con rinforzo in fibra lunga di carbonio. Il rivestimento 16 può essere ottenuto, ad esempio, tramite laminazione a mano o con impianti automatici secondo gli orientamenti definiti dal disegno del componente, o tramite qualsiasi altro processo noto di laminazione di strati di materiale composito. Nella laminazione del rivestimento 16 si possono eseguire compattazioni con sacco a vuoto con o senza applicazione di calore, in modalità di per sé note.

I correntini 18 possono avere sezione chiusa del tipo ad omega, trapezoidale, o secondo altre geometrie. Preferibilmente, i correntini 18 hanno una sezione del tipo ad omega. I correntini 18 possono essere ottenuti tramite qualsiasi processo noto di lavorazione di materiali compositi. Ad esempio, i correntini 18 possono essere inizialmente laminati in piano, analogamente al rivestimento 16, e successivamente tagliati a profilo netto lungo un proprio bordo e sottoposti a processo di formatura, in accordo a diverse modalità operative, secondo tecniche note. Ad esempio, i correntini 18 possono essere sottoposti a formatura su stampo maschio con membrana e applicazione di vuoto, oppure su stampo femmina con stampaggio, con o senza applicazione di calore, ecc. In alternativa i correntini 18 possono essere laminati direttamente su uno stampo, uno strato alla volta.

I correntini 18, allo stato fresco, ovvero non ancora polimerizzato, possono essere, poi, posizionati sul rivestimento 16 in maniera precisa grazie all’impiego di attrezzi ausiliari di supporto dei correntini 18, e sistemi di ribaltamento coordinati con un letto di laminazione (non mostrato, di per sé noto) del rivestimento 16.

Quando i correntini 18 vengono posizionati sul rivestimento 16, nello spazio definito tra ciascun correntino 18 e il rivestimento 16 si possono posizionare inserti allungati di stabilizzazione 17, preferibilmente in gomma siliconica, a sezione piena. Gli inserti allungati di stabilizzazione 17 posti in tale spazio fungono da supporto, su cui, durante il processo di polimerizzazione in autoclave, gli strati di materiale composito di ciascun correntino 18 si consolidano, acquisendo la forma finale a progetto. Gli inserti allungati di stabilizzazione 17 hanno il vantaggio di essere sufficientemente flessibili per adattarsi a rampe e scalettamenti eventualmente previsti sul rivestimento 16 al di sotto dei correntini 18. Gli inserti allungati di stabilizzazione 17 sono in grado di tollerare l’alta temperatura e i livelli di pressione previsti in autoclave per il processo di polimerizzazione (in genere, circa 180°C e 6 bar), senza deformarsi e degradarsi, per evitare difetti geometrici dei correntini 18. Vantaggiosamente, gli inserti allungati di stabilizzazione 17 sono realizzati con una mescola di gomma siliconica che garantisce l’assenza di contaminazione della matrice del materiale composito del primo o secondo pannello 12a o 12b, e la loro dilatazione termica deve essere controllata per assicurare il rispetto dei requisiti geometrici e la corretta compattazione di ciascun correntino 18 a valle del processo di polimerizzazione. Preferibilmente, gli inserti allungati di stabilizzazione 17 sono realizzati in una gomma appartenente alla famiglia degli elastomeri di base VMQ (ovvero, vinil-metil-polisilocsano, gruppo Q, secondo lo standard ISO 1629) avente, ad esempio, una durezza di circa 70 shore A, una densità di circa 1,2 g/cm3, ed un coefficiente di espansione termica di circa 250 µm/m°C. Altre modalità realizzative note per l’ottenimento di correntini 18 in materiale composito secondo l’invenzione comprendono, ad esempio, l’utilizzo di sacchi tubolari gonfiabili.

Su una superficie esterna di ciascun correntino 18, invece, viene tipicamente collocata una caul plate (non mostrata, di per sé nota), in fibra di carbonio o metallica, sufficientemente flessibile, ad esempio costituita da due strati successivi di materiale composito, oppure da strati di alluminio da 0,5-1 mm. Detta caul plate garantisce il mantenimento della forma dei correntini 18 durante il processo di polimerizzazione.

Grazie a questi e ad altri processi noti di fabbricazione di componenti a partire da materiali compositi da laminazione, è possibile, dunque, ottenere un primo pannello 12a ed un secondo pannello 12b, freschi, ovvero non polimerizzati o non curati, ciascuno comprendente il rivestimento 16, e la pluralità di correntini 18 di rinforzo, disposti su un primo lato 16’ del rivestimento 16. Tali correntini 18 si estendono lungo una direzione longitudinale x, ovvero parallelamente ad una direzione di estensione principale dell’ala o dell’impennaggio. Il primo ed il secondo pannello 12a e 12b così ottenuti sono, come noto al tecnico del settore, sostanzialmente curvi in funzione delle specifiche tecniche dell’ala o dell’impennaggio da realizzare.

La pluralità di centine 14 può comprendere centine 14 uguali, o analoghe nella forma e nelle proporzioni. Più probabilmente, ciascuna centina 14 è diversa, in funzione della variabilità dello spessore dell’ala o impennaggio da realizzare, e delle specifiche caratteristiche geometriche del ventre o del dorso, e della tipica rastremazione del cassone 10 lungo la direzione longitudinale, in maniera di per sé nota.

Le centine 14 possono, ad esempio, avere una forma a doppia T ottenuta affiancando in maniera contrapposta due elementi aventi forma a C, preferibilmente con l’aggiunta di riempitivi in materiale pre-preg unidirezionale preformato (detti noodle, non mostrati e di per sé noti) in cavità createsi in corrispondenza dell’accoppiamento dei due elementi a forma di C. Ad esempio, ciascun elemento a forma di C può essere laminato in piano, e, successivamente, tagliato a profilo netto lungo un suo bordo, per poi essere sottoposto ad un processo di formatura, in accordo a diverse modalità operative, secondo tecniche note. In alternativa, ciascun elemento a forma di C può essere anche laminato direttamente su uno stampo maschio, uno strato alla volta, previo taglio a controllo numerico di ciascuno di essi. Il taglio, fatto in piano, a profilo netto di ciascun elemento a forma di C deve tenere in debita considerazione anche la presenza di aperture 14’, previste in corrispondenza dei punti di incrocio con i correntini 18 del primo pannello 12a e/o del secondo pannello 12b.

Ciascuna centina 14 è realizzata in materiale composito, e comprende una piastra 15 centrale, una prima coppia di flange 15a ed una seconda coppia di flange 15b. La prima coppia di flange 15a e la seconda coppia di flange 15b sono disposte ad estremità opposte della piastra 15, in modo da realizzare una sezione a doppia T convenzionale.

È inoltre possibile realizzare le centine 14 prevedendo la possibilità di utilizzare inserti di forma 20, da posizionare nelle suddette aperture 14’, a contatto con la centina 14, così come è mostrato in figura 3. Detti inserti di forma 20 hanno, preferibilmente, lo stesso spessore della centina 14 e una forma tale da riempire lo spazio esistente tra il taglio netto delle aperture 14’ e il correntino 18 del primo o secondo pannello 12a o 12b su cui poggiano. Preferibilmente, gli inserti di forma 20 sono realizzati in materiale plastico resistente alle temperature e pressioni tipiche del processo di polimerizzazione, e sono privi di spigoli vivi al fine di evitare danneggiamenti alla pellicola del sacco di cura con cui verrà a contatto.

Grazie a questi e ad altri processi noti di fabbricazione di componenti a partire da materiali compositi da laminazione, è possibile, dunque, ottenere una pluralità di centine 14 fresche, ovvero non polimerizzate, ciascuna avente, preferibilmente, una forma di sezione a doppia T ed una pluralità di aperture 14’, previste in corrispondenza dei punti di incrocio con i correntini 18 del primo pannello 12a e/o del secondo pannello 12b.

Verrà ora descritto un processo di fabbricazione di un cassone 10 multi-centina in materiale composito a partire da un primo ed un secondo pannello 12a e 12b, e da una pluralità di centine 14, come appena descritti.

Inizialmente, come mostrato in figura 2, il primo pannello 12a in materiale composito, comprendente il rivestimento 16 e una pluralità di correntini 18, viene disposto su un adeguato letto di cura 22.

Poi, come mostrato in figura 3, la pluralità di centine 14, in questo esempio, due centine 14, in materiale composito non polimerizzato, vengono disposte sul primo lato 16’ del rivestimento 16 del primo pannello 12a. In particolare, viene inizialmente disposta una prima centina 14, disposta lungo una direzione trasversale y, ovvero in maniera sostanzialmente perpendicolare ai correntini 18. In particolare, la prima centina 14 viene disposta appoggiando la sua rispettiva prima coppia di flange 15a a contatto col primo lato 16’ del rivestimento 16 del primo pannello 12a, in modo che le aperture 14’ siano posizionate in corrispondenza dei correntini 18, i quali si estenderanno ciascuno attraverso una rispettiva apertura 14’.

A questo punto, viene disposta un’anima 24, su detto primo lato 16’ del rivestimento 16 del primo pannello 12a, a contatto con la prima centina 14.

L’anima 24 ha la funzione di supportare i materiali da sacco da utilizzare nel processo di polimerizzazione, i quali vengono predisposti su ciascuna anima 24 a loro totale avvolgimento, e i quali, essendo flessibili (trattasi infatti di film e tessuti plastici) non potrebbero altrimenti essere collocati all’interno delle baie – ovvero degli spazi definiti tra due centine 14 successive - a totale e corretta copertura delle superfici di composito da polimerizzare. Inoltre, l’anima 24 ha anche la funzione di distanziare e mantenere nelle posizioni teoriche previste a disegno le centine 14, e permettere il trasferimento della pluralità di centine 14 (preformate e non polimerizzate) sul primo pannello 12a.

Per la specifica configurazione dell’esempio di cassone 10 mostrato nelle figure, l’anima 24 ha, preferibilmente, dimensioni opportunamente minorate rispetto alle superfici teoriche interne delle baie, in modo da poter garantire uno spazio sufficiente per lo spessore dei materiali da sacco da vestire sull’anima.

Vantaggiosamente, l’anima 24 è dotata di scanalature 26, sagomate per accogliere i correntini 18 e le relative caul plate. In particolare, un’anima dotata di scanalature 26 sia su una sua superficie superiore 28 sia su una sua superficie inferiore 30, opposta alla sua superficie superiore 28, è atta ad accogliere in dette scanalature 26 sia correntini 18 del primo pannello 12a che correntini 18 del secondo pannello 12b.

Preferibilmente, l’anima 24 è realizzata in materiale a bassa densità di massa, in particolare, ad esempio, un materiale avente una densità di massa inferiore a 1,7 g/cm3, e in una configurazione ad alta rigidezza flessionale, in particolare, ad esempio, in grado di contenere entro un millimetro la freccia flessionale per metro di corda, e ciò al fine di permettere una facile movimentazione, anche manuale, dell’anima 24, e per evitare eventuali deformazioni che potrebbero essere trasferite alle centine 14 allo stato fresco durante il loro posizionamento sul primo pannello 12a. Per evitare di danneggiare i materiali del sacco a causa di urti e/o strappi con le anime 24, le anime 24 sono, preferibilmente, realizzate in resina o utilizzando materie plastiche, con o senza rinforzi.

Inoltre, l’anima 24, preferibilmente, è atta a sopportare una pressione positiva di almeno 1 bar senza collassare, cedere o deformarsi, poiché durante la sua vestizione con i materiali da sacco può essere prevista l’applicazione del vuoto.

L’anima 24 è realizzata in più parti componibili, in particolare in almeno tre parti componibili, per consentirne l’estrazione da ciascuna baia a valle della chiusura con il secondo pannello 12b, e ciò a dispetto dei sottosquadri offerti dalla configurazione del cassone 10, derivanti sia dalla presenza dei correntini 18 sul rivestimento 16 del primo pannello 12a e sul rivestimento 16 del secondo pannello 12b, che dall’eventuale profilo arcuato che il primo ed il secondo pannello 12a e 12b possono avere.

Per tali motivazioni, l’anima 24 comprende una porzione centrale 24a, una porzione inferiore 24b ed una porzione superiore 24c, in cui la porzione centrale 24a è interposta tra detta porzione inferiore 24b e detta porzione superiore 24c, ed è estraibile lungo la direzione trasversale y.

Preferibilmente, almeno due tra la porzione centrale 24a, la porzione inferiore 24b e la porzione superiore 24c sono vincolate tra loro tramite un elemento di vincolo 32 rimovibile. L’elemento di vincolo 32 può comprendere, ad esempio, una piastra che si estende parzialmente su ciascuna delle porzioni dell’anima 24, e che è vincolata a ciascuna porzione tramite elementi di collegamento meccanici convenzionali, come ad esempio viti o bulloni.

La porzione centrale 24a dell’anima 24 ha, vantaggiosamente, una sezione rastremata lungo la direzione trasversale y. In ogni caso, la porzione centrale 24a dell’anima ha una sezione tale da poter essere estratta lungo la direzione trasversale y, ad esempio una sezione che diminuisce linearmente da un estremo all’altro della porzione centrale 24a lungo la direzione trasversale y.

Vantaggiosamente, almeno una tra la porzione centrale 24a, la porzione inferiore 24b e la porzione superiore 24c dell’anima 24 presenta smussature 34, atte a migliorarne la maneggevolezza.

Una volta disposta un’anima 24 a contatto con la prima centina 14, si procede disponendo una seconda centina 14, in maniera analoga alla prima centina 14, su detto rivestimento 16 del primo pannello 12a, lungo la direzione trasversale y, a contatto con l’anima 24, dal lato opposto rispetto alla prima centina 14.

In alternativa, la pluralità di centine 14 e di anime 24 può essere caricata contemporaneamente sul lato 16’ del rivestimento 16. Secondo questa modalità di realizzazione, è possibile disporre una prima anima 24, appoggiandola sua una sua prima superficie laterale 25 - sostanzialmente, dunque, ruotandola di 90° - in modo da presentare verso l’alto una sua seconda superficie laterale 27, opposta alla prima superficie laterale 25. Quindi, si procede a posizionare su detta prima anima 24 una centina 14, appoggiandone la rispettiva piastra 15 su detta seconda superficie laterale 27. Si procede, dunque, alternando la disposizione di un’anima 24 e di una centina 14 in modo da ottenere un assieme comprendente una successione alternata di anime 24 e centine 14 che inizia e termina con una coppia di anime 24 esterne. L’assieme viene quindi ruotato opportunamente e successivamente posizionato sul rivestimento 16 del primo pannello 12a, in modo che ciascuna coppia di prime flange 15a appoggi su detto primo lato 16’ del primo pannello 12a. Tale operazione può essere coordinata con precisione tramite idonei sistemi metallici di impegno predisposti sia sul letto di cura 22 che alle terminazioni delle anime 24.

In sostanza, si dispongono, alternativamente, una centina 14 e un’anima 24, in modo tale che ogni coppia di centine 14 successive sia a contatto con una stessa anima 24.

Ciascuna anima 24, prima di essere disposta all’interno di una rispettiva baia, ovvero a contatto tra una coppia di centine 14 successive, può, preferibilmente, essere vestita dei materiali da sacco necessari al processo di polimerizzazione in autoclave.

In particolare, si può eseguire la vestizione con i materiali da sacco tipici del processo di polimerizzazione in autoclave con sacco a vuoto, come, ad esempio, il film in nylon per alta temperatura, il tessuto di ventilazione superficiale in nylon o poliestere, il film separatore per alta temperatura. Essi possono essere disposti manualmente su ciascuna anima 24 in sequenza, gli uni sugli altri, realizzando con nastrature e sigillante uno sviluppo tubolare che avvolge interamente ciascuna anima 24, a mo’ di caramella. Alternativamente, i materiali da sacco necessari possono essere già realizzati in formato tubolare, e calzati a mo’ di calzino su ciascuna anima 24. Al termine della vestizione, si può applicare il vuoto sullo strato più esterno del sacco di cura, per garantire l’adattamento dei materiali da sacco alle superfici di ciascuna anima 24, evitando raggrinzimenti e ponti dei materiali stessi.

Una volta disposte tutte le centine 14 e le anime 24 necessarie, tra ciascuna coppia di centine 14 successive essendo, dunque, disposta una rispettiva anima 24 a contatto con entrambe le centine 14, si dispone il secondo pannello 12b. Il secondo pannello 12b viene disposto appoggiato a contatto con ciascuna seconda coppia di flange 15b di ciascuna rispettiva centina 14, a copertura di ciascuna baia, ovvero degli spazi inframmezzati tra ciascuna coppia di centine 14 successive.

Il corretto posizionamento del secondo pannello 12b può essere garantito, ad esempio, da sistemi meccanici di coordinamento, quali coni maschi/femmina presenti, o da altri sistemi noti di movimentazione di precisione adatti.

In una forma di realizzazione, è possibile utilizzare un primo pannello 12a in materiale composito già polimerizzato, e, dunque, disporre un rispettivo strato di adesivo strutturale per alte temperatura tra ciascuna prima coppia di flange 15a di ciascuna centina 14 e detto prima lato 16’ del primo pannello 12a. Analogamente, è anche possibile utilizzare un secondo pannello 12b in materiale composito già polimerizzato, e, dunque, disporre un rispettivo strato di adesivo strutturale per alte temperatura tra ciascuna seconda coppia di flange 15b di ciascuna centina 14 e detto prima lato 16’ del secondo pannello 12b. Quando si utilizzi un primo o un secondo pannello 12a o 12b in materiale composito già polimerizzato, il processo di polimerizzazione è detto co-bonding e lo strato di adesivo strutturale garantisce l’adesione tra le centine 14 ed il primo o secondo pannello 12a o 12b, rispettivamente.

In una ulteriore forma di realizzazione, è possibile interporre, tra il secondo pannello 12b e la seconda coppia di flange 15b di ciascuna centina 14, un rispettivo foglio di separatore per alta temperatura (come, ad esempio, il FEP o PTFE) in modo da poter rendere, a valle del processo di polimerizzazione, il secondo pannello 12b separabile dal resto del cassone 10, e ciò al fine di garantire una accessibilità al suo interno per eventuale installazione di sistemi o componenti strutturali. Il secondo pannello 12b può, successivamente, essere montato sulle centine 14 con metodologie tradizionali, avvantaggiandosi del fatto che, a seguito del processo di polimerizzazione, il profilo della seconda coppia di flange 15b si è stampato sul secondo pannello 12b (a meno del film separatore che è generalmente molto sottile, ad esempio ha uno spessore di circa 0,1 mm), facilitando il perfetto accoppiamento delle parti.

Vantaggiosamente, è possibile disporre una coppia di anime 24 esterne su detto primo lato 16’ del rivestimento 16 del primo pannello 12a, rispettivamente a contatto con una prima ed un’ultima centina 14.

Il processo si completa sigillando rispettive estremità dei sacchi di cura di ciascuna anima 24 tra di loro e su rispettive superfici del letto di cura 22 e di un rispettivo attrezzo di cura superiore disposto sul secondo pannello 12b, e con due fasce aggiuntive di materiali da sacco collocate esternamente al cassone 10 in corrispondenza delle anime 24 esterne.

Dopo aver applicato il pieno vuoto ai sacchi di cura ed eseguiti i dovuti controlli di tenuta, si procede estraendo ciascuna anima 24 dalle baie e rimuovendo le anime 24 esterne. Secondo l’invenzione, l’estrazione delle anime 24 dalle baie è resa possibile grazie alla particolare configurazione di ciascuna anima 24. Nello specifico, è possibile, in primis, procedere all’estrazione della porzione centrale 24a, mantenendo, preferibilmente, la porzione superiore 24c vincolata, per evitarne la caduta per gravità. In seguito, è possibile rimuovere la porzione superiore 24c, ed infine la porzione inferiore 24b.

È possibile estrarre o rimuovere la porzione centrale 24a di ciascuna anima 24 eseguendo unicamente un’azione di tiro lungo la direzione trasversale y. In seguito, invece, la porzione superiore 24c e la porzione inferiore 24b di ciascuna anima 24 vanno prima movimentate in direzione verticale, per scavalcare i sottosquadri interni alle baie, e successivamente tirate lungo la direzione trasversale y.

Quando presente, è necessario rimuovere l’elemento di vincolo 32 prima di procedere all’estrazione della porzione centrale 24a di ciascuna anima 24, in modo da poter svincolare la porzione centrale 24a, la porzione inferiore 24b e la porzione superiore 24c tra loro.

È altresì possibile rimuovere le anime 24 a valle del processo di polimerizzazione in autoclave, ovvero è possibile effettuare la fase e) descritta nella rivendicazione indipendente 1 prima della fase d) ivi descritta, seguendo le stesse operazioni già presentate.

Infine, l’assieme comprendente il primo pannello 12a, il secondo pannello 12b e ciascuna centina 14 viene sottoposto ad un processo di polimerizzazione. Il processo di polimerizzazione è di per sé noto e prevede l’applicazione di uno specifico ciclo di temperatura e pressione, e non verrà descritto ulteriormente.

Dopo il processo di polimerizzazione, si può procedere con il disfacimento, ovvero con la rimozione dei sacchi di cura, e poi con il sollevamento dell’attrezzo di cura superiore, e, infine, con la rimozione delle caul plate e degli inserti allungati di stabilizzazione 17 interposti tra i correntini 18 ed il rivestimento 16, nonché degli eventuali inserti di forma 20 nelle aperture 14’ di ciascuna centina 14.

A questo punto, sul componente monolitico così ottenuto possono essere montati un rispettivo longherone anteriore 36 e un rispettivo longherone posteriore 38 (mostrati in figura 7, di per sé noti), fabbricati separatamente come componenti sciolti, tramite un montaggio di tipo tradizionale, a completamento del cassone 10.

Come risulta evidente dalla descrizione sopra fornita, grazie ad un procedimento di fabbricazione secondo l’invenzione è possibile ottenere diversi vantaggi.

Grazie ad un tale procedimento è possibile ridurre, rispetto alla configurazione c.d. ‘buildup’: i costi in produzione, grazie al minor numero di parti da fabbricare e gestire nel sistema produttivo; il numero di fori e dei relativi organi di collegamento da installare, riducendo, così, i tempi e i costi di assemblaggio e di approvvigionamento per punte di foratura e per organi di collegamento, tipicamente molto onerosi; il numero di controlli da effettuare in fase di assemblaggio per collaudo degli organi di collegamento e per la verifica dell’assenza di eventuali giochi tra le parti in accoppiamento; e il peso della struttura, grazie al ridotto numero di organi di collegamento richiesti e alla eliminazione degli ispessimenti locali nelle zone di foratura necessari per sopportare in sicurezza i carichi di progetto.

Inoltre, rispetto alle tecniche note di realizzazione di cassoni con cocura di materiali compositi, è possibile fabbricare, grazie al procedimento secondo l’invenzione, una configurazione meno semplificata e applicabile non solo agli stabilizzatori orizzontali, ma anche a strutture che richiedono una elevata resistenza a torsione, come i cassoni alari e quelli deriva, risultando al contempo economicamente competitiva.

Fermo restando il principio dell’invenzione, le forme di attuazione e i particolari di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto e illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo fuoriuscire dall'ambito dell’invenzione, come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la fabbricazione di un cassone (10) per velivoli, comprendente le fasi di: a1) disporre, su un letto di cura (22), un primo pannello (12a), in materiale composito, comprendente un rivestimento (16) avente un primo lato (16’) e una pluralità di correntini (18) che si estendono parallelamente ad una direzione longitudinale (x); a2) predisporre una pluralità di centine (14), in materiale composito non-polimerizzato, ciascuna comprendente una piastra (15), una prima coppia di flange (15a) e una seconda coppia di flange (15b), ciascuna coppia di flange (15a, 15b) essendo disposta ad estremità opposte di detta piastra (15); a3) predisporre almeno un’anima (24), ciascuna anima (24) presentando una prima superficie laterale (25) ed una seconda superficie laterale (27), opposta alla prima superficie laterale (25), e comprendendo una porzione centrale (24a), una porzione inferiore (24b) ed una porzione superiore (24c), in cui la porzione centrale (24a) di ciascuna anima (24) è interposta tra detta porzione inferiore (24b) e detta porzione superiore (24c) di ciascuna anima (24) ed è estraibile in una direzione trasversale (y); b) disporre, su detto primo lato (16’) del primo pannello (12a) lungo la direzione trasversale (y), alternativamente, una centina (14), appoggiandone la prima coppia di flange (15a) su detto primo lato (16’) del primo pannello (12a), e un’anima (24), tra ciascuna coppia di centine (14) successive e a contatto con entrambe; c) disporre un secondo pannello (12b) in materiale composito comprendente un rivestimento (16) avente un primo lato (16’) e una pluralità di correntini (18) che si estendono lungo una direzione longitudinale (x), appoggiando detto secondo pannello (12b) a contatto con la seconda coppia di flange (15b) di ciascuna centina (14); d) estrarre, lungo la direzione trasversale (y), la porzione centrale (24a) di ciascuna anima (24), e, successivamente, rimuovere la porzione superiore (24c) e la porzione inferiore (24b) di ciascuna anima (24); e e) sottoporre il primo pannello (12a), il secondo pannello (12b), e ciascuna centina (14) ad un processo di polimerizzazione in autoclave con sacco a vuoto, secondo uno specifico ciclo di temperatura e pressione, per la polimerizzazione dei componenti non ancora polimerizzati.
2. 2. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente inoltre la fase di: f) disporre, a monte della fase c) una ulteriore coppia di anime (24), esterne, su detto primo lato (16’) del primo pannello (12a), ciascuna rispettivamente a contatto con una prima ed un’ultima centina (14).
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre, a monte della fase b), le fasi di: g1) disporre una prima anima (24), appoggiata sulla sua prima superficie laterale (25); g2) disporre, alternativamente, una centina (14), appoggiandone la rispettiva piastra (15) su detta seconda superficie laterale (27) dell’anima (24), e un’anima (24), tra ciascuna coppia di centine (14) successive e a contatto con entrambe; e g3) ruotare l’assieme di centine (14) e anime (24) per poterlo disporre su detto primo lato (16’) del primo pannello (12a) in modo che ciascuna prima coppia di flange (15a) appoggi su detto primo lato (16’) del primo pannello (12a).
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo pannello (12a) è in materiale composito già polimerizzato, e il procedimento comprende inoltre la fase di: f1) disporre, a monte della fase b), un rispettivo strato di adesivo strutturale per alte temperature tra ciascuna prima coppia di flange (15a) di ciascuna centina (14) e detto primo lato (16’) del primo pannello (12a).
5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il secondo pannello (12b) è in materiale composito già polimerizzato, e il procedimento comprende inoltre la fase di: f2) disporre, a monte della fase c), un rispettivo strato di adesivo strutturale per alte temperature tra ciascuna seconda coppia di flange (15b) di ciascuna centina (14) e detto primo lato (16’) del secondo pannello (12b).
6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 4, comprendente inoltre la fase di: f3) disporre, a monte della fase c), un rispettivo foglio di separatore per alte temperature tra ciascuna seconda coppia di flange (15b) di ciascuna centina (14) e detto primo lato (16’) del secondo pannello (12b).
7. 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la pluralità di correntini (18) del primo pannello (12a) e/o del secondo pannello (12b) è in materiale composito non polimerizzato, e il procedimento comprende inoltre le fasi di: h1) disporre, a monte della fase a1), inserti allungati di stabilizzazione (17) a sezione piena in uno spazio definito tra ciascun correntino (18) e il rispettivo primo o secondo pannello (12a, 12b); e h2) rimuovere, a valle della fase e), detti inserti allungati di stabilizzazione (17).
8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui detti inserti allungati di stabilizzazione (17) sono realizzati in una gomma appartenente alla famiglia degli elastomeri di base VMQ (ovvero vinilmetil-polisilocsano, gruppo Q, secondo lo standard ISO 1629).
9. 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale composito di almeno un componente tra il primo pannello (12a), il secondo pannello (12b) e la pluralità di centine (14) comprende una matrice in resina termoindurente o bismaleimidica e/o una fase di rinforzo in fibra di carbonio e/o di vetro.
10. 10. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente inoltre la fase di: m) rivestire ciascuna anima (24), a monte della fase b), con un sacco di cura.
11. 11. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui ciascuna centina (14) presenta aperture (14’) disposte in corrispondenza di rispettivi correntini (18) di rinforzo del primo pannello (12a) e/o del secondo pannello (12b).
12. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 11, comprendente la fase di: n) predisporre inserti di forma (20), realizzati in materiale plastico atto a resistere allo specifico ciclo di temperatura e pressione del processo di polimerizzazione in autoclave, in ciascuna apertura (14’) di ciascuna centina (14), a contatto con i rispettivi correntini (18) di rinforzo.
13. 13. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente inoltre la fase di: p) rimuovere da ciascuna anima (24), a monte della fase d), un elemento di vincolo (32) rimovibile atto a vincolare tra loro almeno due tra la porzione inferiore (24b), la porzione centrale (24a) e la porzione superiore (24c) di ciascuna anima (24).
14. 14. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la porzione centrale (24a) di ciascuna anima (24) ha una sezione rastremata lungo la direzione trasversale (y).
15. 15. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui ciascuna anima (24) è realizzata in un materiale avente densità di massa minore di 1,7 g/cm3, e in una configurazione avente una rigidezza flessionale tale da contenere entro un millimetro la freccia flessionale per metro di corda.
16. 16. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui almeno una tra la porzione centrale (24a), la porzione superiore (24c) e la porzione inferiore (24b) di ciascuna anima (24) presenta smussature (34) atte a migliorarne la maneggevolezza.
17. 17. Cassone (10) per uso aeronautico ottenuto tramite il procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni.
18. 18. Velivolo comprendente almeno un cassone (10) secondo la rivendicazione 17.