ITTO20120504A1 - Metodo di realizzazione di una struttura aeronautica a profilo chiuso provvista di sensori di deformazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“METODO DI REALIZZAZIONE DI UNA STRUTTURA AERONAUTICA A PROFILO CHIUSO PROVVISTA DI SENSORI DI DEFORMAZIONEâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo di realizzazione di una struttura aeronautica a profilo chiuso provvista di sensori di deformazione.

Sono noti metodi di realizzazione di strutture aeronautiche comprendenti le seguente fasi:

inserire all’interno di uno stampo provvisto di una prima porzione e di una seconda porzione almeno un primo foglio di materiale composito, almeno un secondo foglio di materiale composito affacciato al primo foglio e spaziato rispetto a questo ed elementi di interconnessione in materiale composito in foglio che si estendono tra il primo ed il secondo foglio di materiale composito per delimitare una cavità allungata;

inserire all’interno della cavità allungata un attrezzo (PLUG) comprendente un corpo rigido allungato delimitato da più facce piane ed avente sezione trasversale corrispondente a quella della cavità – il corpo rigido à ̈ ricoperto ed avvolto per tutta la sua lunghezza da un sacco tubolare realizzato in materiale deformabile;

realizzare il vuoto in un autoclave all’interno della quale viene disposto lo stampo per consentire l’espansione del sacco che preme contro le pareti della cavità nel corso di un ciclo termico in cui i fogli di materiale composito si fondono tra di loro; e

estrarre l’attrezzo dalla cavità al termine del ciclo termico dopo aver ristabilito la pressione originaria – al temine del primo ciclo termico la cavità à ̈ delimitata da pareti rigide di una struttura aeronautica a profilo chiuso.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un metodo che permetta di applicare – in modo semplice ed efficace – sensori di deformazione all’Interno della struttura aeronautica chiusa così ottenuta al fine di “sensorizzare†la struttura aeronautica stessa e consentire misure dirette delle deformazioni applicate (in fase di test oppure in uso) alla struttura aeronautica.

Il precedente scopo à ̈ realizzato dalla presente invenzione in quanto questa à ̈ relativa ad un metodo di realizzazione di una struttura aeronautica a profilo chiuso provvista di sensori di deformazione comprendente le fasi di: a) inserire all’interno di uno stampo provvisto di una prima porzione e di una seconda porzione: almeno un primo foglio di materiale composito, almeno un secondo foglio di materiale composito affacciato al primo foglio e spaziato rispetto a questo; elementi di interconnessione in materiale composito in foglio che si estendono tra il primo ed il secondo foglio di materiale composito per delimitare una cavità allungata; b) inserire all’interno della cavità allungata un attrezzo comprendente un corpo rigido allungato delimitato da più facce piane ed avente sezione trasversale corrispondente a quella della cavità - detto corpo rigido essendo ricoperto ed avvolto per tutta la sua lunghezza da un sacco tubolare realizzato in materiale deformabile; c) realizzare il vuoto in un autoclave all’interno della quale viene disposto lo stampo per consentire l’espansione del sacco che preme contro le pareti della cavità nel corso di un primo ciclo termico in cui i fogli di materiale composito si fondono tra di loro; d) estrarre l’attrezzo dalla cavità al termine del primo ciclo termico dopo aver ristabilito la pressione originaria – al temine del primo ciclo termico la detta cavità à ̈ delimitata da pareti rigide, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre le fasi di: e) predisporre una bandella piana avente dimensioni tali da permettere la sua deposizione su una faccia dell’attrezzo ricoperto da un sacco tubolare realizzato in materiale deformabile; f) fissare stabilmente un estensimetro sulla detta bandella piana; g) disporre detta bandella sull’attrezzo con una sua prima faccia portante l’estensimetro rivolta verso l’attrezzo stesso ed il sacco ed una seconda faccia rivolta verso l’esterno; h) depositare uno stato adesivo sulla seconda faccia della detta bandella; i) inserire il detto attrezzo supportante detta bandella in detta cavità; j) realizzare il vuoto ed un secondo ciclo termico per ottenere l’espansione del detto sacco a vuoto che realizza l’incollaggio a pressione della detta bandella su una parete della detta cavità; h) estrarre detto attrezzo da detta cavità – al temine del detto secondo ciclo termico la detta bandella essendo integralmente fissata su parete della detta cavità in modo tale che eventuali deformazioni applicate a detta parete vengono trasmesse al detto estensimetro.

L’invenzione verrà illustrata con riferimento alle figure allegate in cui:

- Le figure 1- 6 illustrano fasi successive del metodo secondo la presente invenzione; e

- Le figure 7 ed 8 illustrano particolari del metodo.

Con riferimento alla figura 1 Ã ̈ illustrata una prima fase del metodo della presente invenzione in cui viene utilizzato uno stampo 2 (di tipo noto e pertanto illustrato in modo assolutamente schematico) provvisto di una prima porzione superiore 2a (upper-tool) e di una seconda porzione inferiore 2b (lower-tool) mobili tra una posizione di apertura (non illustrata) ed una posizione di chiusura (rappresentata nelle figure) sotto la spinta di attuatori (non illustrati).

All’interno dello stampo 2 viene disposto almeno un primo laminato di materiale composito 3 (tipicamente fibra di carbonio impregnata), almeno un secondo laminato di materiale composito 4 (tipicamente fibra di carbonio impregnata) affacciato al primo laminato 3 e spaziato rispetto a questo; ed elementi di interconnessione 5 (longheroni realizzati in laminato di materiale composito) che si estendono tra il primo ed il secondo laminato 3, 4 di materiale composito per delimitare almeno una cavità allungata 7 lungo un asse 8 .

Nell’esempio di figura 1 il primo laminato ed il secondo laminato 3, 4 contenuti nelle rispettive porzioni 2a, 2b giacciono su piani che si intersecano tra di loro e gli elementi di interconnessione 5 presentano sezione trasversale a I per definire una pluralità di aperture 7 aventi sezione approssimativamente trapezoidale.

Nel metodo secondo l’invenzione viene utilizzato un attrezzo 10 (figura 2 – tale attrezzo detto PLUG à ̈ di tipo noto e non verrà ulteriormente dettagliato) formato da corpo rigido allungato 13 delimitato da più facce piane 11a, 11b, 11c, 11d, 11e ed 11f ed avente sezione trasversale corrispondente a quella della cavità 7. Nell’esempio, l’attrezzo 10 presenta sezione trapezoidale ed à ̈ delimitato da quattro facce laterali rettangolari piane 11a, 11b, 11c, 11d e da due facce trapezoidali piane 11e ed 11f di estremità. L’attrezzo 10 comprende un sacco tubolare 12 che ricopre ed avvolge per tutta la sua lunghezza il corpo rigido 13. Il sacco 12 à ̈ realizzato in materiale plastico deformabile ed estensibile.

Successivamente (figura 3) l’attrezzo 10 viene inserito all’interno della cavità allungata 7 disponendolo coassiale all’asse 8.

Lo stampo 2 viene disposto in autoclave (non illustrata) dove viene realizzato il vuoto (tipicamente un valore di vuoto pari a- 950 mbar relativi) per consentire l’espansione del sacco 12 (che à ̈ sigillato) in modo tale che questo prema contro le pareti della cavità 7. L’autoclave viene anche riscaldata (tipicamente un valore di temperatura pari a 180°C) per realizzare la compattazione e la polimerizzzaione della struttura chiusa in cui i laminati di materiale composito 3, 4 e 5 si fondono tra di loro.

Al termine del primo ciclo termico viene ristabilita la pressione originaria (questo consente il collassa-mento del sacco 12 precedentemente espanso) e l’attrezzo 10 viene estratto dalla rispettiva cavità 7.

In questo modo viene realizzata una struttura aeronautica a profilo chiuso (figura 4) (ad esempio un profilo alare) in cui pareti rigide 3. 4 e 5 delimitano cavità interne 7.

Secondo la presente invenzione sono realizzate fasi successive per disporre almeno un sensore di deformazione nella struttura aereonautica a profilo chiuso utilizzando lo stesso attrezzo 10 precedentemente utilizzato e sopra descritto.

In particolare, viene predisposta una bandella 15 piana (figura 5) avente dimensioni tali da permettere la sua deposizione su una faccia dell’attrezzo 10; ad esempio la bandella 15 può avere perimetro rettangolare con lati l1 e l2 minori (o eguali) ai lati L1 e L2 di una faccia (ad esempio la faccia 11a) dell’attrezzo 10 su cui la bandella viene disposta (la bandella 15 viene disposta con i suoi lati paralleli ai rispettivi lati della faccia - 11a nell’esempio).

La bandella 15 à ̈ realizzata in fiberglass oppure in equivalente matetriale avente la cartateristica di avere un coefficiente di dilatazione sotto carico molto piu’ basso di quello della struttura a cui verra’ stabilmente fissata. In questo modo la bandella 15 potra’ trasmettere la deformazione sotto carico della struttura aeronautica su cui à ̈ disposta ai sensori di deformazione di cui à ̈ provvista senza alterare in modo apprezzabile la rigidezza complessiva dell’assieme.

Sulla bandella 15 viene fissato stabilmente:

• Almeno un estensimetro in foglio 17 (ST Strain Gauge) realizzato mediante tecniche note ed avente spessore ridotto; e

• Un cavo piatto 25 con piste di collegamento elettrica 26 con l’estensimetro 17 realizzato su supporto di plastica isolante flessibile, ad esempio Kapton.

Le operazioni di fissaggio dell’estensimetro in foglio 17 e del cavo piatto 25 alla bandella 15 possono comprendere:

- una fase di decontaminazione e sgrassaggio (ad esempio svolta mediante alcole isopropilico) dell’area della bandella 15 su cui deve essere disposto l’estensimetro 17;

- una fase di irruvidimento (realizzata mediante attrezzi noti) dell’area della bandella 15 su cui deve essere disposto l’estensimetro 17;

- una fase di incollaggio dell’estensimetro 17 sulla bandella 15 realizzata mediante collanti noti, ad esempio di tipo epossidico polimerizzante a temperatura ambiente;

- una fase di incollaggio del cavo piatto 25 sulla bandella 15 utilizzando nastro biadesivo (non illustrato per semplicità);

- una fase di controllo finale in cui viene verificato il completo fissaggio dell’ estensimetro in foglio 17 sulla bandella 15 (ad esempio viene verificata l’assenza di bolle d’aria e/o di zone dell’estensimetro prive di colla).

- Una fase di collegamento mediante saldatura dei terminali elettrici dell’estensimetro 17 con le piste di collegamento elettrico 26 del Cavo piatto 25.

Le operazioni di fissaggio sopra dette possono essere realizzate su un bancale 19 rappresentato in tratteggio nella figura 5.

L’attrezzo 10 viene quindi rivestito, partendo dal centro , con un sacco tubolare in nylon 12, tessuto di ventilazione (non illustrato per semplicità), e con uno strato di film separatore (non illustrato per semplicità) avvolto in forma tubolare e sigillato longitudinalmente per tutta la lunghezza con nastro adesivo. A quest’ultimo strato si applica quindi il vuoto ( tipico -100 mbar relativi) in modo che tutto il materiale di rivestimento aderisca all’attrezzo 10 garantendo una precisa forma geometrica.

Successivamente la bandella 15 viene disposta (si veda la freccia indicata in figura 5) sull’attrezzo 10 rivestito con una sua prima faccia 15a portante l’estensimetro 17 rivolta verso lo strato di film separatore ed il sacco 12 ed una seconda faccia 15b rivolta verso l’esterno.

La seconda faccia 15b viene completamente ricoperta con un sottile strato adesivo 23 (ad esempio utilizzano un film adesivo di tipo epossidico polimerizzante a 120°C ).

Lo stabile posizionamento della bandella sull’attrezzo 10 rivestito viene quindi posizionata la bandella 15b utilizzando nastro biadesivoo 22.

L’attrezzo 10 rivestito e supportante la bandella 15 attezzata come descritto viene nuovamente inserito nella rispettiva cavità della struttura aeronautica (figura 6) regolando la posizione di inserimento per ottenere il posizionamento voluto dell’estensimetro rispetto alla struttura chiusa .

Successivamente il sacco tubolare in nylon 12 predisposto sull’attrezzo 10 viene sigillato ad ognuna delle estremita longitudinali della cavita’ interessata all’interno della superfice chiusa ottenendo cosi un unico volume costituito dalla superficie interna della cavita della parte e dalla superfice del sacco in Nylon.

A questo volume si applica quindi il vuoto che facendo aderire il sacco in nylon 12 alla superficie interna della parte spinge la bandella 15 contro la superfice interna della parte.

Il tutto viene quindi inserito in autoclave dove eseguendo un ciclo a 120 °c con pressione di 3 bar relative si incolla la bandella alla superfice interna della struttura mediante la polimerizzzaione del film di adesivo 23.

L’estensimetro 17 viene così solidamente collegato alla parete.

Al termine del secondo ciclo termico l’attrezzo 10 viene estratto dalla cavità 7. In questo modo la bandella 15 à ̈ integralmente fissata su parete della cavità in modo tale che eventuali deformazioni applicate a tale parete vengono trasmesse all’estensimetro 17. La struttura aereonautica viene quindi “sensorizzata†mediante l’estensimetro 17 che viene “inglobato†nella struttura stessa.

Il metodo della presente invenzione permette quindi la sensorizzazione di particolari strutturali aventi profilo chiuso (es. cassoni alari) con lo scopo di monitorarne le deformazioni sotto carico durante test di meccanici e/o in esercizio.

I cablaggi dell’estensimetro vengono realizzati mediante una pluralità di conduttori metallici flessibili che presentano prime estremità collegate a terminali di uscita 17t dell’estensimetro 17 (figure 7 e 8) e seconde estremità (non illustrate) che fuoriescono dalla cavità 7.

Al termine delle operazioni sopra dette il cavo piatto di materiale flessibile 25 si estende all’interno della cavità realizzata nella struttura aeronautica.

Il posizionamento e la disposizione degli estensimetri 17 viene realizzata sfruttando degli attrezzi leggeri (l’attrezzo 10) appunto che sono già disponibili nel ciclo di produzione.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Metodo di realizzazione di una struttura aeronautica a profilo chiuso provvista di sensori di deformazione comprendente le fasi di: a) inserire all’interno di uno stampo (2) provvisto di una prima porzione (2a) e di una seconda porzione (2b): - almeno un primo foglio (3) di materiale composito, - almeno un secondo foglio (4) di materiale composito affacciato al primo foglio e spaziato rispetto a questo; - elementi di interconnessione (5) in materiale composito in foglio che si estendono tra il primo ed il secondo foglio (3,4) di materiale composito per delimitare una cavità allungata (7); b) inserire all’interno della cavità allungata (7) un attrezzo (10, PLUG) comprendente un corpo rigido allungato delimitato da più facce piane (11) ed avente sezione trasversale corrispondente a quella della cavità (7) -detto corpo rigido essendo ricoperto ed avvolto per tutta la sua lunghezza da un sacco tubolare (12) realizzato in materiale deformabile; c) realizzare il vuoto in un autoclave all’interno della quale viene disposto lo stampo per consentire l’espansione del sacco (12) che preme contro le pareti della cavità nel corso di un primo ciclo termico in cui i fogli di materiale composito si fondono tra di loro; d) estrarre l’attrezzo dalla cavità (7) al termine del primo ciclo termico dopo aver ristabilito la pressione originaria – al temine del primo ciclo termico la detta cavità à ̈ delimitata da pareti rigide, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre le fasi di: e) predisporre una bandella piana (15) avente dimensioni (l1,l2) tali da permettere la sua deposizione su una faccia (11a) dell’attrezzo (10) ricoperto da un sacco tubolare (12) realizzato in materiale deformabile; f) fissare stabilmente un estensimetro (17, ST Strain Gauge) sulla detta bandella piana (15); g) disporre detta bandella (15) sull’attrezzo con una sua prima faccia (15a) portante l’estensimetro (17) rivolta verso l’attrezzo stesso ed il sacco ed una seconda faccia (15b) rivolta verso l’esterno; h) depositare uno stato adesivo (23) sulla seconda faccia (15b) della detta bandella (15); i) inserire il detto attrezzo (10) supportante detta bandella (15) in detta cavità (7); j) realizzare il vuoto ed un secondo ciclo termico per ottenere l’espansione del detto sacco a vuoto (12) che realizza l’incollaggio a pressione della detta bandella su una parete della detta cavità; k) estrarre detto attrezzo (10) da detta cavità – al temine del detto secondo ciclo termico la detta bandella essendo integralmente fissata su parete della detta cavità in modo tale che eventuali deformazioni applicate a detta parete vengono trasmesse al detto estensimetro.
2. 2.- Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la detta bandella à ̈ realizzata in fiberglass.
3. 3.- Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui detta fase f) comprende la fase di incollare il detto estensimetro sulla detta bandella piana.
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui sulla prima faccia (15a) della bandella (15) viene disposto un cavo piatto di materiale isolante flessibile (25) portante una pluralità di piste metalliche (26) collegabili a terminali (17t) del detto estensimetro (17). 5.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta bandella viene fissata sul sacco tubolare (12) del detto attrezzo ricoperto (10) mediante nastro Biadesivo. 6.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui viene svolta una fase di decontaminazione e sgrassaggio dell’area della bandella su cui viene disposto il detto estensimetro. 7.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui viene svolta una fase di irruvidimento dell’area della bandella su cui viene disposto il detto estensimetro. 8.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui viene svolta una fase di controllo in cui viene verificato il completo fissaggio del detto estensimetro sulla detta bandella. 9.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui à ̈ compresa la fase di disporre un tessuto di ventilazione ed un film separatore tra la detta bandella (15) ed il detto sacco tubolare (12). 10.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la detta bandella (15) presenta un coefficiente di dilatazione sotto carico inferiore a quello della struttura che delimita una parere della detta cavità.