IT202000025525A1 - Procedimento di fabbricazione di pannello rinforzato con correntini a sezione aperta per applicazione aeronautica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell?invenzione dal titolo:

"Procedimento di fabbricazione di pannello rinforzato con correntini a sezione aperta per applicazione aeronautica"

DESCRIZIONE

Settore tecnico

La presente invenzione riguarda un procedimento per la fabbricazione di un componente strutturale per velivoli, in particolare un pannello rinforzato con correntini a sezione aperta in materiale composito.

Tecnica nota

Attualmente tali pannelli sono realizzati in autoclave, incollando fra loro componenti gi? polimerizzati ovvero solidificati (tipicamente, i correntini) con altri ancora allo stato fresco ovvero non polimerizzati (solitamente il fasciame o rivestimento o ?skin? del pannello). Tale incollaggio viene realizzato interponendo tra ciascun correntino ed il rivestimento uno o pi? strati di adesivo strutturale per alte temperature. Svantaggiosamente, questo processo di consolidamento e integrazione realizzato in autoclave - detto processo di cobonding - per ottenere il pannello irrigidito, richiede almeno due cicli di polimerizzazione in autoclave (uno per curare i correntini singoli e uno per curare il rivestimento contestualmente all?incollaggio con i correntini), i quali comportano un sostanziale dispendio di tempo ed energia. Solitamente, il processo di co-bonding, inoltre, fa uso di uno stampo di cura per conferire il profilo aerodinamico al pannello da un lato, ma solo di un semplice sacco a vuoto per definire la superfice interna del pannello, e, per questo, conferisce al componente una tolleranza dimensionale scadente sulle superfici destinate al montaggio con la sottostruttura del cassone. Questo processo, per il materiale composito a fibra di carbonio o di vetro preimpregnata con matrice a resina termoindurente, ? tipicamente realizzato a 180?C e con una pressione di autoclave di 6 bar e sotto sacco a vuoto.

Una seconda modalit? costruttiva per la realizzazione dei pannelli irrigiditi ? quella che prevede l?integrazione di correntini al rivestimento, entrambi gi? formati e polimerizzati, tramite un assemblaggio di tipo meccanico ovvero forando gli elementi in accoppiamento e installando specifici organi di collegamento. Questa seconda modalit? costruttiva ? detta configurazione ?build-up?, ed ? 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 quantit? di fori da eseguire e di organi di collegamento da installare, nonch? per i controlli necessari a verificare l?assenza di luce ovvero di spazio tra le parti in accoppiamento, e per le attivit? 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.

Infine, nei procedimenti di lavorazione di materiali compositi, l?attrezzatura sovrapposta al componente a mo? di controstampo, se non correttamente progettata, pu? compromettere la qualit? del materiale composito. Infatti, questa pu? interferire, a causa della capacit? e della conducibilit? termica del suo materiale costitutivo, con i parametri ottimali del ciclo di temperatura che attiva e finalizza il processo esotermico di reticolazione della resina termoindurente, generando un materiale difettato con porosit? o con propriet? meccaniche non adeguate. Inoltre pu? alterare, a causa della sua configurazione, i valori di pressione trasferiti sul materiale composito, fungendo da amplificatore o da attenuatore di pressione con conseguente impatto sulla qualit? del componente finale in termini di variabilit? geometriche e dimensionali, e/o di qualit? interna del solido laminato (porosit?, deviazioni di fibra, distorsioni geometriche, o accumuli di resina).

Sintesi dell?invenzione

Scopo della presente invenzione ? realizzare un procedimento per la fabbricazione di un pannello per velivoli rinforzato con correntini a sezione aperta in materiale composito che superi gli inconvenienti e le limitazioni di applicabilit? della tecnica nota.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo la presente invenzione grazie a un procedimento come definito nell'annessa rivendicazione indipendente 1.

Forme di attuazione vantaggiose dell?invenzione sono specificate nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto ? 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 pannello rinforzato con correntini a sezione aperta in cui i componenti vengono sottoposti ad un processo di polimerizzazione unico, c.d. di cocura, utilizzando una catena attrezzi di tipo stampo-controstampo. In particolare, il procedimento secondo l?invenzione comprende le fasi di:

a) disporre, su un letto di cura, un rivestimento in materiale composito pre-impregnato avente un primo lato disposto a contatto con il letto di cura ed un secondo lato disposto opposto a detto primo lato;

b) predisporre una pluralit? di correntini in materiale composito pre-formati e non polimerizzati, ciascuno di detti correntini avendo sezione trasversale aperta comprendente un?anima e una soletta, l?anima e la soletta essendo disposte trasversali tra loro in modo che una prima parte di soletta sporga da un?estremit? dell?anima verso un primo lato rispetto all?anima e una seconda parte di soletta sporga da detta estremit? dell?anima verso un secondo lato rispetto all?anima;

c) disporre detta pluralit? di correntini su detto secondo lato del rivestimento, distanziati l?uno dall?altro, ciascuno con la soletta posta a contatto con il secondo lato del rivestimento;

d) disporre, su ciascun correntino, un rispettivo primo mandrino da detto primo lato rispetto all?anima di tale correntino in modo da coprire completamente detta prima parte di soletta di tale correntino, ed un rispettivo secondo mandrino da detto secondo lato rispetto all?anima di tale correntino in modo da coprire completamente detta seconda parte di soletta di tale correntino; e e) sottoporre il rivestimento e la pluralit? di correntini ad un processo di co-cura in autoclave con sacco a vuoto, secondo uno specifico ciclo di temperatura e pressione, per la polimerizzazione dei componenti non ancora polimerizzati.

Secondo una forma di realizzazione vantaggiosa dell?invenzione, i mandrini utilizzati nel processo di co-cura hanno uno spessore massimo il pi? piccolo possibile, in particolare inferiore a 5 mm, preferibilmente inferiore a 3 mm.

Secondo una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, tali mandrini sono realizzati e disposti in modo da coprire completamente i componenti sottoposti al processo di co-cura, al massimo a meno di una superficie di testa di ciascun correntino, detta superficie di testa corrispondendo allo spessore dell?anima del rispettivo correntino.

Infine, secondo la forma di realizzazione preferita dell?invenzione, i mandrini utilizzati nel processo di co-cura sono gli stessi che vengono utilizzati in un precedente processo di formatura per l?ottenimento dei correntini, e vengono ribaltati e posizionati sul letto di cura contestualmente al posizionamento dei rispettivi correntini.

Breve descrizione dei disegni

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

la figura 1 ? una vista laterale di una sezione trasversale un pannello ottenuto tramite un procedimento secondo l?invenzione;

la figura 2 ? una vista laterale di una sezione trasversale di un correntino e di una coppia di mandrini relativi utilizzati nel procedimento secondo l?invenzione; e

le figure dalla 3a alla 3e rappresentano diverse fasi del procedimento secondo una forma di attuazione dell?invenzione.

Descrizione dettagliata

Nel presente contesto, il termine ?longitudinale? indica una direzione sostanzialmente coincidente o parallela con quella di estensione principale di un pannello o di un correntino, mentre il termine ?trasversale? indica una direzione a questa sostanzialmente perpendicolare.

Con riferimento alle figure, un pannello rinforzato per velivoli ? indicato complessivamente con 10.

Il pannello 10 comprende essenzialmente un rivestimento 12 e una pluralit? di correntini 14 di rinforzo.

Il rivestimento 12 comprende una sequenza di strati di materiale composito pre-impregnati, preferibilmente di un materiale composito a matrice in resina epossidica e con rinforzo in fibra lunga di carbonio. Il rivestimento 12 pu? essere ottenuto, ad esempio, tramite laminazione a mano o con impianti automatici secondo gli orientamenti definiti dal disegno del componente da ottenere, o tramite qualsiasi altro processo noto di laminazione di strati di materiale composito. Nella laminazione del rivestimento 12 si possono eseguire compattazioni con sacco a vuoto con o senza applicazione di calore, in modalit? di per s? note.

Il rivestimento 12 ha una forma che dipende dal profilo aerodinamico del componente da realizzare, in maniera di per s? nota. Ad esempio, il rivestimento 12 pu? avere una forma di lamina ovvero di piastra sostanzialmente piana, oppure di piastra leggermente concava. In ogni caso, il rivestimento 12 ha una forma ad estensione sostanzialmente bidimensionale, ovvero ha due dimensioni (larghezza e lunghezza) molto maggiori di una terza dimensione (spessore), e presenta un primo lato 12a ed un secondo lato 12b, il secondo lato 12b essendo disposto opposto a detto primo lato 12a.

I correntini 14 sono forniti in materiale composito, pre-formati ma non ancora polimerizzati. I correntini 14 possono essere ottenuti tramite qualsiasi processo noto di lavorazione di materiali compositi. Ad esempio, i correntini 14 possono essere inizialmente laminati in piano, analogamente al rivestimento 12, e successivamente tagliati ovvero rifilati a profilo netto lungo un proprio bordo e sottoposti a processo di formatura, in accordo a diverse modalit? operative, secondo tecniche note. Ad esempio, i correntini 14 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 14 possono essere laminati direttamente su uno stampo, uno strato alla volta.

I correntini 14, allo stato fresco, ovvero non ancora polimerizzato, possono essere, poi, posizionati sul rivestimento 12 in maniera precisa grazie all?impiego di attrezzi ausiliari di supporto dei correntini 14, e sistemi di ribaltamento coordinati con un letto di laminazione (non mostrato, di per s? noti) del rivestimento 12.

Nella forma di realizzazione preferita dell?invenzione, ciascun correntino 14 ha una forma in sezione trasversale a T, ma ? anche possibile che i correntini 14 abbiano sezione trasversale a doppia T, ovvero ad H, oppure sostanzialmente a forma di Z.

In ogni caso, comunque, i correntini 14 utilizzati nel procedimento secondo l?invenzione comprendono un?anima 16 e una soletta 18, che sono disposte trasversali da loro, preferibilmente ortogonali. L?anima 16 e la soletta 18 sono disposte in modo che una prima parte di soletta 18a sporga da un?estremit? 20 dell?anima 16 verso un primo lato SX dell?anima 16, ed una seconda parte di soletta 18b sporga dalla stessa estremit? 20 dell?anima 16 verso un secondo lato DX dell?anima 16.

Quando la sezione trasversale dei correntini 14 ? a forma di T, l?anima 16 corrisponde al tratto verticale della lettera T, mentre la soletta 18 corrisponde al tratto orizzontale della lettera T. Come pi? dettagliatamente rappresentato nella figura 2, il correntino 14 presenta anche una superficie di testa 24, la quale, nel caso di un correntino avente sezione trasversale a forma di T, corrisponde allo spessore dell?anima 16 del correntino 14. Quando la sezione trasversale dei correntini 14 ? a forma di doppia T ovvero di H, l?anima 16 corrisponde al tratto orizzontale della lettera H, mentre la soletta 18 corrisponde ad uno dei tratti verticali della lettera H. Quando la sezione trasversale dei correntini 14 ? a forma di Z, l?anima 16 corrisponde al tratto obliquo della lettera Z, mentre la soletta 18 corrisponde ad uno dei tratti orizzontali della lettera Z. Il tecnico del ramo sapr? certamente individuare una anima 16 ed una soletta 18 come definite anche in correntini 14 a sezione aperta di forma diversa da quelle qui descritte in forma esemplificativa.

Preferibilmente, il materiale composito del rivestimento 12 e/o dei correntini 14 comprende una matrice in resina termoindurente, epossidica o bismaleimidica, e una fase di rinforzo in fibra, preferibilmente in fibra di carbonio, e/o di vetro e/o di kevlar.

Verr? ora descritto il procedimento per la fabbricazione di un pannello 10 in materiale composito secondo l?invenzione, a partire dal rivestimento 12 e dalla pluralit? di correntini 14 come appena descritti.

Inizialmente, come mostrato in figura 1, il rivestimento 12 viene disposto su un adeguato letto di cura 22, con il primo lato 12a disposto a contatto con il letto di cura 22. Chiaramente, il letto di cura 22 dovr? avere una forma adatta a supportare il rivestimento 12, e, dunque, una forma sostanzialmente almeno parzialmente complementare ad esso. Ad esempio, se il rivestimento 12 ha una forma di lamina, ovvero di piastra sostanzialmente piana, il letto di cura 22 presenter? una superficie piana di appoggio atta a supportare il rivestimento 12.

Poi, la pluralit? di correntini 14 in materiale composito pre-formati e non polimerizzati, vengono disposti sul secondo lato 12b del rivestimento 12 del pannello 10. In particolare, i correntini 14 vengono disposti distanziati l?uno dall?altro, preferibilmente a distanze costanti l?uno dall?altro, ancora pi? preferibilmente disposti paralleli tra loro. Ciascun correntino 14 viene disposto sul secondo lato 12b del rivestimento 12 in modo che la rispettiva soletta 18 sia adagiata a contatto con il secondo lato 12b.

Sui correntini 14 vengono poi disposti rispettivi primi e secondi mandrini M1 ed M2. I mandrini M1 e M2 hanno la funzione di supportare i materiali da sacco da utilizzare nel processo di polimerizzazione, nonch? di distanziare e mantenere nelle posizioni teoriche previste a disegno i correntini 14, e, in una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, permettere il trasferimento della pluralit? di correntini 14 (pre-formati e non polimerizzate) sul pannello 10.

In particolare, su ciascun correntino 14 viene disposto un primo mandrino M1 dal primo lato SX rispetto all?anima 16 di tale correntino 14, e un secondo mandrino M2 dal secondo lato DX rispetto all?anima 16 di tale correntino 14. Il primo ed il secondo mandrino M1 e M2 sono disposti ciascuno in modo da coprire completamente una parte di soletta 18, in particolare il rispettivo primo mandrino M1 ricopre completamente la prima parte di soletta 18a ed il rispettivo secondo mandrino M2 ricopre la seconda parte di soletta 18b del rispettivo correntino 14.

La forma di ciascun primo e secondo mandrino M1 e M2 ? preferibilmente tale da coprire non solo la rispettiva prima parte o seconda parte di soletta 18a o 18b ma anche in modo da coprire completamente una met? di correntino 14 dal rispettivo primo lato SX o secondo lato DX rispetto all?anima 16.

In generale, nella tecnica nota, ? abbastanza comune coprire completamente (anche la superficie di testa) il correntino, o utilizzare un mandrino di cura pi? grande del correntino in modo da lasciar libera la superficie di testa ?superando? l?anima del correntino, per poter alloggiare, ad esempio, il materiale di argine o di sigillatura della resina che con il riscaldamento fluidifica (ovvero riduce la sua viscosit?) e, sotto l?effetto della pressione esercitata sul materiale composito, tende a spostarsi uscendo dal componente, impoverendolo di resina. In questo caso l?equilibrio delle forze ricevute e trasmesse dal mandrino determina un effetto di amplificazione della pressione esercitata sul componente che diviene pari a pc=p (1+d/h), dove h ? la lunghezza del tratto verticale, ovvero dell?anima, del correntino, pc ? la pressione esercitata sul componente, p ? la pressione teoricamente applicata dall?autoclave e d ? lo spazio libero sulla superficie di testa del correntino, ovvero l?altezza ?in eccesso? del mandrino rispetto all?anima del correntino. La percentuale di incremento della pressione applicata al composito (pari a d/h) rispetto a quella teorica P (tipicamente 7 bar, nei processi di polimerizzazione in autoclave) pu? essere molto elevata comportando una perdita eccessiva di resina con conseguente compromissione della qualit? del solido laminato e danneggiamento del componente per presenza di porosit?, eccessivi assottigliamenti dell?anima, o distribuzione dello spessore dell?anima non uniforme. Per poter ovviare a tale svantaggio, in una forma di attuazione del procedimento secondo l?invenzione, ciascun primo e secondo mandrino M1 e M2 viene disposto su un rispettivo correntino 14 in modo che la superficie di tale correntino 14 sia completamente coperta, preferibilmente al massimo a meno della rispettiva superficie di testa 24 del correntino 14, ovvero in modo che ciascun primo mandrino M1 o secondo mandrino M2 non ?superino in altezza? l?anima del rispettivo correntino 14 (tale configurazione ? mostrata in figura 2, dalla quale ? chiaro il rapporto dimensionale preferibile tra l?anima 16 del correntino 14 e il primo e secondo mandrino M1 e M2). In questa configurazione del primo e del secondo mandrino M1 e M2, la sigillatura della resina sulla superficie 24 del correntino 14 ? realizzata con gli stessi materiali del sacco di cura grazie allo schiacciamento meccanico esercitato dalla pressione dell?autoclave.

Secondo una forma di attuazione preferibile dell?invenzione, ciascun primo mandrino M1 e ciascun secondo mandrino M2 ? realizzato in modo da avere uno spessore massimo di 5 mm, ancora pi? preferibilmente uno spessore massimo di 3 mm. Come desumibile dalla figura 2 in maniera chiara e disambigua, nel caso di mandrini aventi una forma sostanzialmente a lamina piegata, ovvero a piastra piegata (ad esempio, come in figura 2, con una sezione trasversale a forma di lettera L) per ?spessore massimo? del primo mandrino M1 o del secondo mandrino M2 si intende lo spessore trasversale della sezione, ovvero lo spessore trasversalmente visibile nella sezione di figura 2.

Preferibilmente, ciascun primo mandrino M1 e ciascun secondo mandrino M2 ha una forma in sezione trasversale definita puramente come ?offset? rispetto alla forma del profilo del correntino 14 rispettivo.

Secondo una forma di attuazione preferibile dell?invenzione, almeno uno tra il letto di cura 22 e/o ciascun mandrino M1 e M2 ? realizzato in materiale metallico, preferibilmente in alluminio, o in acciaio, o in lega invar-36, oppure ancora in un materiale composito, comunque in ogni caso a basso coefficiente di dilatazione termica.

I valori dimensionali e/o i requisiti di materiale relativi ai primi e secondi mandrini M1 e M2 che sono stati presentati come particolarmente preferibili permettono ? differentemente da quanto gi? divulgato nella tecnica nota ? di ottimizzare il trasferimento di temperatura e di pressione al materiale composito durante la sua polimerizzazione, consentendo quindi la realizzazione di un componente complesso privo di difetti. Infatti, nella tecnica nota, la zona radiale del mandrino (ovvero la zona che viene posizionata adiacente alla ?curva? tra anima e soletta del correntino), e che ? deputata a trasferire la pressione nel nodo del correntino ovvero nel punto di giunzione tra anima e soletta, ? una zona critica, che si trova in ombra di pressione, per cui il materiale composito, in tale zona, pu? presentare porosit?, vuoti, eccessi di resina, deviazioni di fibra o altre deformazioni morfologiche. Infatti, tale zona ? in ombra di pressione poich?, applicando il principio del bilanciamento delle forze, a causa della minore estensione del raggio del mandrino dal lato a contatto con il materiale da sacco rispetto al suo raggio che invece si trova a contatto con il correntino, si ottiene che la pressione applicata nella zona radiale del correntino dal mandrino ? inferiore a quella teorica applicata all?esterno del mandrino di un fattore che dipende dal rapporto tra spessore del mandrino e raggio di curvatura esterno del mandrino nella zona radiale. Nel procedimento secondo una forma di attuazione, ? stato determinato tramite ricerche, simulazioni e prove di laboratorio, che il miglior bilanciamento tra il requisito di robustezza del mandrino ed il requisito di minor spessore possibile (necessario per ridurre il deficit di pressione nel nodo del correntino) ?, come descritto, ottenuto con uno spessore massimo del primo o del secondo mandrino M1 o M2 inferiore a 5 mm, e, preferibilmente, inferiore a 3 mm.

In una forma di attuazione preferita del procedimento secondo l?invenzione, ciascun correntino 14 viene realizzato tramite un procedimento che fa utilizzo degli stessi primo mandrino M1 e secondo mandrino M2. In particolare, tale procedimento prevede le fasi di:

b1) laminare, con un processo automatico o manuale, strati di materiale composito pre-impregnato l?uno sull?altro per formare una coppia di piastre 26 piane uguali;

b2) rifilare tali piastre 26 secondo una forma predefinita;

b3) disporre ciascuna piastra 26 su un rispettivo mandrino, in particolare una piastra 26 sul primo mandrino M1 e una ulteriore piastra 26 sul secondo mandrino M2, in modo che ciascuna piastra 26 sia disposta parallelamente ad un bordo E del rispettivo primo e secondo mandrino M1 e M2 e sporga parzialmente da questo (le piastre 26 cos? ottenute e disposte sono mostrate in figura 3a);

b4) sottoporre le piastre 26 ad un processo di formatura sottovuoto o con pressione meccanica, secondo uno specifico ciclo di temperatura e pressione, in modo da ottenere un semi-correntino 14? formato e non polimerizzato avente una sezione trasversale ad L (vedasi figura 3b); e

b5) ruotare il primo mandrino M1 ed il secondo mandrino M2 (figura 3c) e avvicinarli tra loro in modo da portare a contatto i due semi-correntini 14? (figura 3d) e ottenere il correntino 14.

Una volta portati a contatto i due semicorrentini 14?, viene preferibilmente inserito un inserto di riempimento W, tipicamente avente una forma ad asta con sezione trasversale a cuneo cuspidale, per irrobustire il collegamento tra i due semi-correntini 14? (vedasi figura 3d).

A questo punto, i correntini 14 e i rispettivi primi mandrini M1 e secondi mandrini M2 possono essere ribaltati e posizionati sul secondo lato 12b del rivestimento 12 tramite azione manuale o meccanismi automatizzati di movimentazione, in maniera di per s? nota (vedasi figura 3e). Tale operazione pu? essere coordinata con precisione tramite idonei sistemi metallici di impegno predisposti sia sul letto di cura 22 che sui primi e secondi mandrini M1 e M2. In questa maniera, la fase di disposizione della pluralit? di correntini 14 sul secondo lato 12b del rivestimento 12 viene, vantaggiosamente, realizzata con ciascun correntino 14 gi? disposto compreso tra il rispettivo primo mandrino M1 ed il rispettivo secondo mandrino M2.

Preferibilmente, il procedimento secondo l?invenzione comprende la fase di disporre, per ogni coppia di primo mandrino M1 e secondo mandrino M2 tra le quali non ? disposto un correntino 14, una rispettiva pluralit? di bandelle di cura secondarie 28 tra il primo mandrino M1 disposto su un correntino 14 dal primo lato SX rispetto all?anima 16 di tale correntino 14, ed il secondo mandrino M2 disposto su un correntino 14 successivo, ovvero adiacente, dal secondo lato DX rispetto all?anima 16 di tale correntino 14 adiacente. Tali bandelle di cura secondarie 28 sono preferibilmente realizzate in acciaio armonico, oppure in un materiale composito pre-curato ovvero pre-polimerizzato, e hanno uno spessore massimo compreso tra circa 0,1 mm e circa 0,2 mm. Chiaramente, in tal caso, ciascun primo mandrino M1 e ciascun secondo mandrino M2 presenta una rispettiva sede 30 per l?alloggiamento di tali bandelle di cura secondarie 28, di forma almeno parzialmente complementare.

Preferibilmente, il procedimento secondo l?invenzione comprende inoltre la fase di disporre sul secondo lato 12b del rivestimento 12 una rispettiva piastra di cura 32 su ciascuna porzione di rivestimento 12 che non sia coperta n? da un correntino 14 n? da un primo o secondo mandrino M1 o M2, in modo da garantire la completa copertura del secondo lato 12b del rivestimento 12 per assicurare il mantenimento della forma dei correntini 14 e del rivestimento 12 durante il processo di polimerizzazione. Le piastre di cura 32, anche note come caul plates, sono preferibilmente realizzate in fibra di carbonio o in materiale metallico, sufficientemente rigido, e di spessore analogo, ovvero uguale o quasi uguale, o comparabile, a quello dei bordi dei primi e secondi mandrini M1 o M2 con cui ? a contatto. Nelle zone in cui i bordi dei mandrini M1 e M2 di due correntini 14 successivi risultano affiancati e accostati, si pu? accettare una luce fino a un massimo 1 mm di distanza relativa. La stessa luce ? applicabile dove i bordi delle piastre di cura 32 sono accostati ai bordi del mandrino M1 o M2.

In una forma di realizzazione, le piastre di cura 32 sono ad esempio costituite da due strati successivi di materiale composito, oppure da strati di alluminio da 0,5-1 mm.

A questo punto, il procedimento secondo l?invenzione viene completato con la fase di cocura, ovvero di co-polimerizzazione, che prevede di sottoporre il rivestimento 12 e la pluralit? di correntini 14 ad un processo di co-cura in autoclave con sacco a vuoto, secondo uno specifico ciclo di temperatura e di pressione, per la polimerizzazione congiunta del rivestimento 12 e della pluralit? di correntini 14.

In particolare, si procede prima con 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 sull?assieme comprendente il rivestimento 12, la pluralit? di correntini 14 e i primi e secondi mandrini M1 e M2 gli uni sugli altri, realizzando con nastrature e sigillante uno sviluppo che avvolge interamente l?assieme. Al termine della vestizione, si pu? applicare il vuoto sullo strato pi? esterno del sacco di cura, per garantire l?adattamento dei materiali da sacco alle superfici, evitando raggrinzimenti e ponti dei materiali stessi.

Vantaggiosamente, ? possibile disporre anche una coppia di attrezzi di cura esterni a lato del rivestimento 12, in modo da bloccarne la posizione e garantirne il mantenimento della forma durante il procedimento di co-cura. Il processo si completa sigillando le estremit? dei sacchi di cura tra di loro e su rispettive superfici del letto di cura 22.

Dopo aver applicato il pieno vuoto ai sacchi di cura ed eseguiti i dovuti controlli di tenuta, l?assieme comprendente il rivestimento 12, la pluralit? di correntini 14 e i rispettivi primi e secondi mandrini M1 ed M2 viene sottoposto al processo di polimerizzazione. Il processo di polimerizzazione in autoclave ? di per s? noto e prevede l?applicazione di uno specifico ciclo di temperatura e pressione, e non verr? descritto ulteriormente. Tipicamente, il processo di polimerizzazione in autoclave pu? comprendere almeno un ciclo a una temperatura di circa 180? C /- 5?C e a una pressione di circa 5,9 ? 6,8 bar.

Dopo il processo di polimerizzazione, si pu? procedere con il disfacimento, ovvero con la rimozione dei sacchi di cura, la rimozione dei primi e secondi mandrini M1 e M2, nonch? di eventuali piastre di cura 32 o bandelle di cura secondarie 28.

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

Grazie ad un tale procedimento ? 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, cos?, 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, grazie all?utilizzo di un processo di co-cura in luogo del convenzionale processo di cobonding, ? possibile polimerizzare e consolidare, incollandoli tra loro, i correntini e il rivestimento del pannello tramite un unico ciclo di autoclave, a parit? di temperatura e pressione, e senza la necessit? di ricorrere a strati di adesivi strutturali da interporre tra gli elementi in accoppiamento.

Inoltre, il consolidamento simultaneo del pannello e dei correntini richiede, oltre al sacco a vuoto, la presenza di uno stampo rigido aggiuntivo a copertura totale del pannello, che permette di conferire allo stesso una superfice interna molto precisa e con una finitura spinta. Il processo del co-bonding invece, avendo solo il sacco dal lato interno del pannello, conferisce alla parte una tolleranza dimensionale pi? scadente proprio sulle superfici destinate al montaggio con la sottostruttura del cassone.

Inoltre, quando l?attrezzo di tipo stampocontrostampo rispetta i requisiti dimensionali e di forma delle modalit? di attuazione preferibili dell?invenzione, l?invenzione permette di assicurare un?ottima qualit? interna del solido laminato anche nelle zone critiche dei correntini, e un incremento qualitativo su tutta la superficie interna del pannello, ovvero un?ottima finitura superficiale e l?assenza di irregolarit?. nonch? una maggiore precisione geometrica del componente (ridotte variabilit? di spessore del pannello e di posizione dei correntini) che, rendendo il processo pi? robusto dal punto di vista dimensionale. Questi miglioramenti hanno un importante impatto positivo nelle fasi di assemblaggio dei pannelli irrigiditi con gli altri componenti strutturali che costituiscono il cassone finale del componente aeronautico, quali centine e longheroni: il miglioramento della qualit? delle superfici e le ridotte variabilit? degli spessori permettono, in primis, al progettista di ridurre le quantit? di zeppe (anche dette ?shim?) a progetto (riempitivi previsti per compensare le variabilit? geometriche delle parti in accoppiamento gestendo il rischio di interferenza) e nel contempo, nella linea finale di assemblaggio, si riducono/semplificano le attivit? di realizzazione delle zeppe (anche dette ?shim?) in linea (riempitivi strutturali da realizzare in opera e da interporre tra le parti in accoppiamento meccanico quando le relative superfici non sono a contatto tra di loro). Questa attivit? risulta essere molto dispendiosa in termini di ore uomo; inoltre non ? pienamente prevedibile, con conseguenti impatti sul flusso produttivo e sul costo di produzione.

Inoltre il procedimento oggetto della domanda di brevetto garantisce una riduzione dei costi ricorrenti di produzione se comparato ad un processo di co-bonding tradizionale che prevede l?incollaggio dei correntini gi? polimerizzati ovvero pre-curati sul pannello fresco. Tra i principali benefici industriali vanno ricordati:

- minor consumo dei materiali ausiliari di produzione che si ottengono passando da un processo di cobonding ad uno di cocura;

- riduzione delle ore di lavoro richieste per ciascun pannello;

- minori costi dovuti all?uso di impianti industriali (minor numero di cicli di autoclave, tempo di preparazione della macchina ridotto per controlli NDI e rifilatura);

- ridotto impatto ambientale dovuto al minor uso di materiali ausiliari di produzione e al ridotto uso degli impianti produttivi.

Fermo restando il principio dell?invenzione, le forme di attuazione e i particolari di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto ? 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 (14)

RIVENDICAZIONI

1. Procedimento per la fabbricazione di un pannello (10) rinforzato per velivoli, comprendente le fasi di:

a) disporre, su un letto di cura (22), un rivestimento (12) in materiale composito pre-impregnato avente un primo lato (12a) disposto a contatto con il letto di cura (22) ed un secondo lato (12b) disposto opposto a detto primo lato (12a);

b) predisporre una pluralit? di correntini (14) in materiale composito pre-formati e non polimerizzati, ciascuno di detti correntini (14) avendo sezione trasversale aperta comprendente un?anima (16) e una soletta (18), l?anima (16) e la soletta (18) essendo disposte trasversali tra loro in modo che una prima parte di soletta (18a) sporga da un?estremit? (20) dell?anima (16) verso un primo lato (SX) rispetto all?anima (16) e una seconda parte di soletta (18b) sporga da detta estremit? (20) dell?anima (16) verso un secondo lato (DX) rispetto all?anima (16);

c) disporre detta pluralit? di correntini (14) su detto secondo lato (12b) del rivestimento (12), distanziati l?uno dall?altro, ciascuno con la soletta (18) posta a contatto con il secondo lato (12b) del rivestimento (12);

d) disporre, su ciascun correntino (14), un rispettivo primo mandrino (M1) da detto primo lato (SX) rispetto all?anima (16) di tale correntino (14) in modo da coprire completamente detta prima parte di soletta (18a) di tale correntino (14), ed un rispettivo secondo mandrino (M2) da detto secondo lato (DX) rispetto all?anima (16) di tale correntino (14) in modo da coprire completamente detta seconda parte di soletta (18b) di tale correntino (14); e

e) sottoporre il rivestimento (12) e la pluralit? di correntini (14) ad un processo di co-cura in autoclave con sacco a vuoto, secondo uno specifico ciclo di temperatura e pressione, per la polimerizzazione dei componenti non ancora polimerizzati.

2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre la fase di:

d1) a monte della fase e), disporre sul secondo lato (12b) del rivestimento (12) una rispettiva piastra di cura (32) su ciascuna porzione del secondo lato (12b) del rivestimento (12) non coperta n? da un correntino (14) n? da un mandrino (M1; M2), in modo da garantire la totale copertura del secondo lato (12b) del rivestimento (12).

3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui il rivestimento (12) ? ottenuto tramite laminazione, automatica o manuale, di strati di materiale composito pre-impregnato successivi.

4. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase b) di predisposizione della pluralit? di correntini (14) comprende, per ciascun correntino (14), le sottofasi di:

b1) laminare, con un processo automatico o manuale, strati di materiale composito pre-impregnato l?uno sull?altro per formare una coppia di piastre (26) piane;

b2) rifilare tali piastre (26) secondo una forma predefinita;

b3) disporre ciascuna piastra (26) su un rispettivo mandrino (M1; M2), in modo che ciascuna piastra (26) sia disposta parallelamente ad un bordo (E) del rispettivo mandrino (M1; M2) e sporga parzialmente da tale bordo (E);

b4) sottoporre ciascuna piastra (26) ad un processo di formatura sottovuoto o con pressione meccanica, secondo uno specifico ciclo di temperatura e pressione, in modo da ottenere un semicorrentino (14?) formato e non polimerizzato avente una sezione trasversale sostanzialmente a forma di L; e

b5) ruotare i mandrini (M1; M2) e traslarli in modo da portare a contatto i due semi-correntini (14?) e ottenere il correntino (14).

5. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la fase c) di disposizione dei correntini (14) sul secondo lato (12b) del rivestimento (12) ? realizzata con ciascun correntino (14) che ? gi? disposto compreso tra il rispettivo primo mandrino (M1) ed il rispettivo secondo mandrino (M2) ed ? vincolato ad essi.

6. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui ciascun primo mandrino (M1) e ciascun secondo mandrino (M2) ? realizzato in modo da avere uno spessore massimo di 5 mm, preferibilmente uno spessore massimo di 3 mm.

7. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui ciascun primo mandrino (M1) ? realizzato in modo da coprire completamente una met? di un correntino (14) dal primo lato (SX) rispetto all?anima (16), e in cui ciascun secondo mandrino (M2) ? realizzato in modo da coprire completamente un?altra met? di un tale correntino (14) dal secondo lato (DX) rispetto all?anima (16).

8. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente inoltre la fase di:

d2) a monte della fase e), disporre, per ogni coppia di primo mandrino (M1) e secondo mandrino (M2) tra le quali non ? disposto un correntino (14), una rispettiva pluralit? di bandelle di cura secondarie (28) tra il primo mandrino (M1) disposto su un correntino (14) dal primo lato (SX) rispetto all?anima (16) ed il secondo mandrino (M2) disposto su un correntino (14) adiacente dal secondo lato (DX) rispetto all?anima (16), in cui dette bandelle di cura secondarie (28) sono realizzate in acciaio armonico oppure in un materiale composito pre-curato, e hanno uno spessore massimo compreso tra circa 0,1 mm e circa 0,2 mm.

9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui ciascuno di detti primo e secondo mandrino (M1, M2) presenta una rispettiva sede (30) per l?alloggiamento di dette bandelle di cura secondarie (28).

10. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale composito di almeno un componente tra il rivestimento (12) e la pluralit? di correntini (14) comprende una matrice in resina termoindurente epossidica o bismaleimidica e una fase di rinforzo in fibra di carbonio e/o di vetro e/o di kevlar.

11. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui ciascuno dei correntini (14) ha una sezione trasversale di forma a T, a doppia T ovvero ad H, oppure sostanzialmente a Z.

12. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui almeno uno tra il letto di cura (22) e/o ciascun mandrino (M1, M2) ? realizzato in materiale metallico, preferibilmente in alluminio, o acciaio, o in lega invar-36, oppure in materiale composito.

13. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui, durante la fase e) di co-cura in autoclave con sacco a vuoto, il secondo lato (12b) del rivestimento (12) e la superficie di ciascun correntino (14) sono completamente coperti, al massimo a meno di una rispettiva superficie di testa (24) di ciascun correntino (14) corrispondente allo spessore della rispettiva anima (16) di ciascun correntino (14).

14. Pannello (10) rinforzato comprendente un rivestimento (12) ed una pluralit? di correntini (14) ottenuto tramite il procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.