ITRM20110626A1 - Metodo per la realizzazione di supporti di sostegno per l'avionica. - Google Patents

Description

Descrizione

“METODO PER LA REALIZZAZIONE DI SUPPORTI DI SOSTEGNO PER L’AVIONICAâ€

Campo dell’invenzione

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale si rivolge al settore dell’avionica e segnatamente riguarda i sistemi di aggancio e tenuta, comunemente definiti piloni, atti a sostenere gli accessori di cui gli aerei, sia civili che militari, possono essere dotati sia esternamente che internamente.

Descrizione dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un innovativo pilone, realizzato interamente in materiale composito ed alle relative tecniche di stampaggio per fabbricarlo in serie. Dette tecniche sono espressamente finalizzate all’utilizzo della sola tecnica di stampaggio definita lavorazione supportata dall’adozione dello “stampo maschio†.

Per “pilone†in avionica si intende il mezzo di sostentamento di innumerevoli e differenti accessori quali: comuni serbatoi, serbatoi di carburante aggiuntivi, serbatoi di riserva, armamenti di vario genere ed equipaggiamenti avionici avanzati per lo spionaggio ed il monitoraggio che normalmente attrezzano oppure possono attrezzare gli aeromobili, in funzione della missione che possono oppure devono compiere.

Il pilone con i relativi ed opportuni sistemi di aggancio di cui à ̈ dotato, permette un’installazione rapida ed in totale sicurezza di detti accessori, indipendentemente dalla criticità dell’operazione e dalla velocità alla quale deve essere effettuata detta installazione.

Grazie alla tecnica dello stampaggio tramite stampo maschio, à ̈ possibile rispettare le ridotte tolleranze necessarie per l’installazione delle apparecchiature più sofisticate e complesse, come a titolo esplicativo ma non limitativo, l’ERU. Inoltre, questa innovativa tecnica di stampaggio, consente di fare fronte a tutte le significative sollecitazioni derivanti dalla normale attività di volo ed alle particolari sollecitazioni che talune missioni possono provocare.

La tecnica innovativa nella realizzazione dei suddetti piloni per l’avionica oggetto della presente invenzione, permette la produzione sia della struttura primaria che delle strutture secondarie e delle paratie interne, di ogni singolo pilone, effettuando un unico ciclo di cura o lavorazione. A questo innovativo risultato si à ̈ giunti effettuando la compattazione in ogni aspetto e geometria del pilone stesso. Detta compattazione à ̈ garantita ed ottenuta da una sequenza di precompattazioni ricorsive effettuate con l’ausilio dell’alta pressione, unitamente al ferreo controllo della temperatura alla quale avviene la lavorazione. Il ferreo controllo della temperatura e della pressione nella fase di cura, permette la modulazione della viscosità della resina durante la lavorazione al fine di ottenere una perfetta adesione dei singoli strati dei laminati.

La struttura del pilone oggetto della presente invenzione, à ̈ soggetta a forti ed estreme sollecitazioni durante il suo utilizzo ed à ̈ conseguentemente caratterizzata da un notevole spessore nonché da repentini e significativi cambiamenti dello spessore stesso in funzione dei carichi applicati nelle sue varie parti. Ne scaturisce un componente estremamente performante strutturalmente, con un notevole risparmio di peso rispetto ad un’analoga struttura realizzata in materiale metallico.

L’approfondito studio dei ritiri e delle deformazioni termiche, ha permesso di perfezionare lo studio dei vincoli dimensionali di ogni parte del pilone stesso, offrendo la possibilità di ottenere le geometrie volute con le ridotte tolleranze richieste. Le ridotte tolleranze necessarie, sono state possibili grazie all’adozione della preflessione dei laminati stessi.

Il pilone oggetto della presente invenzione, à ̈ sostanzialmente costituito da una struttura portante monolitica, ottenuta mediante l’attenta stratificazione di singoli pannelli di fibre di carbonio unidirezionali e tessuti preimpregnati di resina epossidica. Detta laminazione presenta una sezione caratteristica avente una conformazione ad U rovesciata dove à ̈ posizionata l’attrezzatura di stampaggio, secondo la tecnica dello stampo maschio.

La parte superiore, ovvero il profilo curvo della U rovesciata, à ̈ sagomato e forato in modo tale da consentirne l’aggancio ed il collegamento stabile e sicuro al velivolo su cui deve essere installato, in modo che il pilone stesso e le relative attrezzature di controllo e funzionamento alloggiate al suo interno, possano svolgere correttamente le loro funzioni. I due fianchi laterali di detto pilone possono presentare aperture sagomate e degli sportelli opportunamente incassati, per permettere l’installazione dei suddetti componenti aggiuntivi. La parte anteriore e la parte posteriore rilavorate a posteriori possono prevedere l’applicazione di angoli di entrata ed uscita prefabbricati in materiale metallico o composito. L’innovazione inerente alle tecniche di produzione risiede nel creare singoli blocchi prelaminati e precompattati da assiemare successivamente, omogeneizzando la struttura mediante l’applicazione di ulteriori pelli complete che ricoprono l’intero corpo pilone. Sui singoli blocchi, le laminazioni rigidamente sequenziate permettono di creare una laminazione continua senza avvallamenti e rigonfiamenti alternando sormonti e recessi dei tessuti. Le asole presenti sul basamento di supporto Z, permettono lo scorrimento dei singoli componenti mobili che traslando, lungo l’asse longitudinale del basamento di supporto Z, creano le paratie, mandando a contatto le laminazioni dei singoli blocchi, creando una laminazione omogenea di spessore ben determinato. L’elemento fisso di riferimento à ̈ il solo blocco B1. Le asole permettono uno scorrimento longitudinale limitato, il centraggio, il relativo allineamento ed il relativo serraggio dei singoli blocchi in posizione. Gli spessori delle singole paratie sono predefiniti e studiati al fine di fornire la consistenza e la rigidità strutturale desiderata, in funzione dei carichi da sopportare.

Breve descrizione dei disegni

Figura 1: Ã ̈ una vista laterale del pilone di supporto secondo la presente invenzione in cui si notano i quattro elementi singoli A, B1, B2, C che lo compongono, posti sul basamento di supporto Z.

Figura 2: à ̈ una vista posteriore laterale del pilone di supporto secondo la presente invenzione in cui si notano gli elementi di stampaggio A, B2 e C e l’elemento fisso centrale B1 posti sul basamento di supporto Z ma non ancora posti in posizione ed a contatto tra loro.

Figura 3: Ã ̈ una vista laterale anteriore del pilone alla fine laminazione.

Si evincono la sagomatura superiore e l’avviamento delle uscite anteriori e posteriori con le relative rastremature.

Figura 4: mostra la scomposizione degli elementi interni del blocco A in cui si nota la superficie di stampaggio sagomata ottenuta dalla assemblaggio dei singoli componenti della struttura interna dell’elemento A del pilone facente parte dell’ oggetto, della presente invenzione. Tale scomposizione à ̈ necessaria allo sformo dell’attrezzo di stampaggio dall’interno del pilone.

Figura 5: mostra un dettaglio dei singoli elementi B1 e B2 in cui si nota un cuneo a forma di parallelepipedo sagomato ed a spessore, atto a produrre una semi paratia sottostante, presente tra i blocchi menzionati.

Figura 6: mostra un asola secondo la presente invenzione.

Realizzazione preferita dell’invenzione

La scomposizione del pilone di supporto realizzato secondo la presente invenzione in singoli e distinti elementi base, gli elementi A, C, B1 e B2, velocizza ed agevola sia la sformatura che l’estrazione dei singoli elementi preformati, dalla loro iniziale sede di stampaggio. Detti elementi uniti, costituiscono l’attrezzo di stampaggio definito lavorazione a “stampo maschio†. I singoli elementi, costituiti dai relativi sub elementi, costituiscono l’anima centrale sagomata, su cui vengono laminati i vari strati di carbonio preimpregnati, i cosiddetti pre-preg. I quattro elementi una volta laminati con tessuti ancora freschi, non curati, vengono disposti sul basamento di supporto nel seguente ordine:

1) viene prima fissato l’elemento B1;

2) viene fissato l’elemento B2 posteriormente;

3) a seguire, viene fissato l’elemento C;

4) anteriormente viene fissato l’elemento A.

Tranne l’elemento B1, che à ̈ il primo ad essere stabilmente vincolato al basamento di supporto tramite fissaggio a mezzo bulloni, tutti i successivi elementi vengono fissati a detto basamento mediante dei bulloni, attraverso delle asole di scorrimento che consentono, traslando, di premere detto elemento A e B2 contro l’elemento B1, e l’elemento C a seguire contro l’elemento B2. Quindi i tre elementi A, B2 e C, dopo essere stati posizionati sul basamento di supporto Z, sono fatti scorrere lungo l’asse longitudinale di detto basamento di supporto Z, andando a comprimersi in maniera calibrata e guidata, contro il blocco centrale denominato B1. Gli spazi ed i vuoti creatisi tra ogni singolo elemento, vengono riempiti con altro carbonio preimpregnato. Quindi si procede a drappeggiare nuovamente tutti gli elementi precompattati e vincolati sulla posizione del basamento nel rispetto degli spessori di paratia, garantendo la corretta geometria finale.

La continuità delle laminazioni tra i singoli elementi à ̈ pertanto garantita da quest’ultimo drappeggio e dal riempimento di materiale d’apporto, costituito da fibre unidirezionali di carbonio precompattate ad alta pressione e inserite nei recessi tra un blocco ed il successivo. L’omogeneità dei materiali permette la perfetta compatibilità e continuità dei tessuti.

L’ultima ulteriore stesura di laminati carboniosi preimpregnati sugli elementi A, B1, B2 e C uniti, permette la corretta distribuzione delle sollecitazioni e l’integrità della struttura.

L’intero manufatto così ottenuto viene quindi processato al calore, in un unico passaggio nel forno, migliorando sensibilmente la resa qualitativa ed il processo di polimerizzazione ed ottimizzando al contempo i tempi di lavorazione e quindi la resa.

L’utilizzo di detti elementi, A, B1, B2, C, permette la realizzazione di un unico blocco sagomato e completo di setti interni, con un solo processo di cura in forno. La configurazione interna del manufatto sarà in negativo come rappresentato in Figura 1.

Lo spigolo superiore à ̈ costituito da ulteriore materiale di apporto precompattato e preformato in sede mediante uno stampo preformante presagomato applicato in loco ad alta pressione.

La ricopertura totale di alcuni tessuti finali permette l’adesione degli spigoli preformati al resto del componente.

L’avviamento delle superfici aerodinamiche esterne à ̈ ottenuto mediante l’applicazione di una lamiera di spessore ridotto e sagomata per aderire perfettamente al profilo ed alla parte superiore del pilone, ricoperti dallo stampo preformato degli spigoli.

Quindi il metodo di lavorazione del pilone di supporto secondo la presente invenzione prevede le seguenti fasi di lavorazione:

1) Realizzazione dello stampo maschio costituito dagli elementi A, B1, B2 e dall’elemento C.

2) Laminazione a freddo di ogni singolo elemento secondo la tecnica della laminazione con stampo maschio con applicazione della tecnica del sottovuoto, e precompattazioni ricorsive in autoclave.

3) Posizionamento dell’elemento B1 in modo stabile e centrale sul basamen to di supporto.

4) Posizionamento dell’elemento B2 mediante bulloni attraverso le asole presenti sul basamento e a seguito di traslazione, viene vincolato al basamento in posizione contro l’elemento B1.

5) Posizionamento dell’elemento A sull’asola corrispondente e successiva compressione dell’elemento A contro l’elemento B1.

6) Posizionamento dell’elemento C sulla rispettiva asola e sua compressione contro l’elemento B2 a sua volta compresso contro l’elemento B1.

7) Riempimento delle fessure presenti tra i singoli elementi A, B1, B2, C con porzioni di carbonio precompresso e preimpregnato.

8) Applicazione di un ulteriore strato di laminato carbonioso preimpregnato lungo tutti gli elementi uniti e posti sul basamento di supporto in modo da formare un pilone unico.

9) Applicazione di tessuti sugli spigoli e preformati mediante uno stampo sagomato.

10) Cura in autoclave.

11) Graduale raffreddamento sino alla temperatura ambiente e successiva estrazione del pilone dall’autoclave.

12) Distacco del pilone curato dal basamento di supporto ed estrazione dei singoli blocchi con i relativi sub elementi dall’interno del pilone.

Il pilone di supporto ottenuto secondo la tecnica descritta nella presente domanda di brevetto, può essere rivestito con uno o più strati anti-radar oppure anti-riflettenti per risultare invisibile o difficilmente visibile ai radar o a qualsiasi altro sistema di rilevamento.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la realizzazione e l’assemblaggio di almeno quattro elementi A, B1, B2 e C atti a costituire nel loro insieme un pilone di supporto per aeromobili realizzato in fibra di carbonio preimpregnata, caratterizzato dalla presenza di almeno tre setti interni e realizzato secondo le seguenti fasi lavorative: a) Realizzazione dello stampo maschio costituito dagli elementi A, B1, B2 e dall’elemento C. b) Laminazione a freddo di ogni singolo elemento secondo la tecnica della laminazione con stampo maschio con applicazione della tecnica del sottovuoto, e precompattazione a freddo in autoclave. c) Posizionamento dell’elemento B1 in modo stabile, fisso e centrale sul basamento di supporto Z. d) Posizionamento dell’elemento B2 sull’asola corrispondente posta su detto basamento di supporto Z. e) Posizionamento dell’elemento A sull’asola corrispondente e successiva compressione dell’elemento A contro l’elemento B1. f) Posizionamento dell’elemento C sulla rispettiva asola e sua compressione contro l’elemento B2 a sua volta compresso contro l’elemento B1. g) Riempimento delle fessure presenti tra i singoli elementi A, B1, B2, C con porzioni di carbonio precompresso e preimpregnato. h) Applicazione di un ulteriore strato di laminato carbonioso preimpregnato lungo le facce esposte degli elementi A, B1, B2 e C uniti e posti sul basamento di supporto come sopra descritto, in modo da formare un pilone strutturalmente monolitico. i) Cura in autoclave dell’intero manufatto ottenuto.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione precedente in cui le asole di supporto degli elementi A, B2 e C sono delle asole mobili, capaci di scorrere lungo una direzione predefinita, così da premere gli elementi A e B2 contro l’elemento B1 e l’elemento C conto l’elemento B2 dopo che questo sia stato posizionato.
3. 3. Metodo secondo le precedenti rivendicazioni in cui il pilone di sostegno così ottenuto à ̈ atto ad essere utilizzato per il sostentamento stabile e reversibile di vari accessori utilizzati in avionica come: sistemi d’arma, armi, serbatoi, serbatoi supplementari, telecamere, videocamere, sistemi di rilevamento ed apparati di monitoraggio.
4. 4. Pilone di supporto per l’avionica caratterizzato dal fatto di essere realizzato secondo la tecnica delle rivendicazioni precedenti.
5. 5. Pilone di supporto per l’avionica caratterizzato dal fatto di essere trattato o coperto da superfici anti-radar oppure anti-riflessione.
6. 6. Pilone di supporto secondo tutte le rivendicazioni precedenti, realizzato in qualsiasi polimero naturale o sintetico atto ad essere sagomato su stampo maschio.
7. 7. Pilone di supporto secondo le precedenti rivendicazioni la cui struttura interna à ̈ caratterizzata dalla presenza di almeno tre setti carboniosi di spessore predefinito.
8. 8. Pilone di supporto secondo le precedenti rivendicazioni in cui il trattamento finale in forno avviene in un’unica fase.