Insieme a team provenienti da Inghilterra e Germania, i ricercatori svizzeri dell’Empa hanno sviluppato un sistema di monitoraggio per i componenti degli aerei. In futuro, i danni minori potrebbero essere rilevati e monitorati durante il volo senza che l’aeromobile debba recarsi nell’hangar per la manutenzione. Ciò riduce i costi operativi e aumenta la sicurezza allo stesso tempo.
Le cabine pressurizzate degli aerei commerciali, così come le ali e le unità di coda, vengono controllate a intervalli regolari per individuare eventuali crepe e danni. Ogni sei o dieci anni, ogni jet deve recarsi in un hangar per uno o due mesi per un cosiddetto D-Check. Lì è in gran parte smontato, anche la vernice viene rimossa. Insieme alla perdita di tempo di volo, un tale D-Check può facilmente costare diversi milioni.
Non c’è un modo più semplice? Non sarebbe possibile monitorare le parti sollecitate della struttura dell’aeromobile in modo permanente, cioè durante il volo, e tenere d’occhio eventuali danni che si verificano? Un consorzio di ricerca internazionale ha studiato questa domanda nell’ambito di un progetto dell’UE chiamato DIMES (“Sviluppo di sistemi di misurazione integrati”). I partner del progetto sono Empa Airbus, l’Università di Liverpool, le società “Strain Solutions Limited” dalla Gran Bretagna e “Dantec Dynamics GmbH” dalla Germania.
“Nel febbraio 2018 abbiamo presentato domanda per il progetto che era stato pubblicizzato come parte del programma “Clean Sky 2″ dell’UE”, spiega Erwin Hack, project manager di Empa. La domanda era eccitante: i ricercatori dovevano utilizzare i componenti più robusti ed economici possibili per osservare l’ala metallica di un Airbus A320 e materiali compositi in fibra di carbonio nel pannello della cabina di un Airbus A350. “Alla fine, i sensori dovrebbero rispondere a diverse domande: ci sono danni? dov’è il danno Qual è il danno? Quanto è grave il danno e quanto durerà la parte?”
Il consorzio si è aggiudicato l’appalto e l’Empa ha svolto un ruolo importante in questo: da un lato, Hack è uno specialista nel monitoraggio ottico dei componenti, nelle misurazioni termografiche e nel monitoraggio con estensimetri e reticoli di Bragg. Tutti questi metodi dovrebbero essere usati simultaneamente sulle parti dell’aeromobile. Empa, invece, dispone di macchine in cui i pezzi possono essere serrati e piegati migliaia di volte di seguito. Hack ha sviluppato la sua strategia di test insieme a Silvain Michel del dipartimento “Mechanical Systems Engineering” dell’Empa. Da Filton/Regno Unito, Airbus ha consegnato il segmento alare lungo circa sette metri di un Airbus A320-111, che era stato danneggiato in un incidente nel 1988.
A novembre 2019 all’Empa è stata bloccata la sezione alare e potrebbero iniziare le indagini. Le presse idrauliche sono state utilizzate per piegare l’ala 70.000 volte mentre i ricercatori raccoglievano dati e analizzavano i risultati. Come previsto, le prove di flessione hanno allargato le fratture che l’ala aveva subito nell’incidente e portato a nuove crepe. I ricercatori hanno “sentito” le condizioni generali dell’ala utilizzando estensimetri e sensori Bragg a fibra ottica. Hanno osservato l’area circostante il danno con telecamere e telecamere a infrarossi perché i test di flessione generano calore nella sezione dell’ala danneggiata. È importante dare un’occhiata particolarmente da vicino a dove viene generato il calore.
Il passo successivo è stato quello di adattare i metodi di esame dall’ala metallica alle strutture in fibra di carbonio di un aeromobile: la cabina di pilotaggio di un Airbus era pronta all’Airbus di Tolosa, e l’Empa ha ricevuto i pannelli della fusoliera di un Airbus A350 da Amburgo. Entrambe le parti sono sollecitate principalmente dalla pressione della cabina, che viene accumulata ad ogni volo e scaricata nuovamente ad ogni atterraggio.
Purtroppo con la pandemia i gruppi di ricerca di Chesterfield e Liverpool, a Ulm e Dübendorf non potevano più incontrarsi o recarsi ai loro oggetti di prova, che si trovavano nei laboratori di Dübendorf, Tolosa e Filton. I ricercatori hanno risolto il problema sviluppando uno speciale sistema di comunicazione per i meccanici, composto da una telecamera da casco, cuffie e un microfono. Equipaggiato in questo modo, uno specialista di Tolosa è stato in grado di montare il modulo nella struttura della cabina di pilotaggio, guidato a distanza da esperti in Inghilterra, Germania ed Empa. Il metodo ha funzionato così bene che un laboratorio di ricerca sull’aviazione a Ottawa, in Canada, è stato finalmente incluso nel progetto. Lì, un’ala dell’aeromobile è stata dotata del modulo di monitoraggio senza che fosse necessario un solo volo a lunga distanza verso l’oggetto di ricerca.
Il risultato del progetto è un piccolo modulo costituito da componenti a basso costo disponibili in commercio in grado di gestire quattro metodi di monitoraggio contemporaneamente: misurazioni della deformazione con strisce di misura e sensori di Bragg, monitoraggio ottico e analisi delle sollecitazioni termoelastiche. I dati dei sensori vengono raccolti in un minicomputer e possono essere letti a distanza.
Innanzitutto, il modulo non è ancora autorizzato a volare in aereo, ma ha lo scopo di dimostrare cosa può fare nei test strutturali nei laboratori di sviluppo di Airbus. Man mano che la tecnologia matura, potrebbe svolgere un ruolo chiave nell’aumentare la sicurezza degli aeromobili riducendo i costi di manutenzione. Grazie a tale monitoraggio strutturale, la prossima generazione di aerei di linea potrebbe anche essere costruita un po’ più leggera e quindi più efficiente in termini di carburante rispetto ad oggi.
(comunicato stampa EMPA)
