Aerospace Testing
L'industria aerospaziale rappresenta una tecnologia chiave di grande importanza economica e strategica. Gli studi per il volo autonomo e senza equipaggio - mobilità aerea avanzata (Advanced Air Mobility AAM) e sistemi aeromobili senza equipaggio (Unmanned Air Systems UAS) - sono attualmente in pieno sviluppo, grazie agli importanti progressi nei sistemi di gestione e controllo del volo. Nell'attuale era New Space, le aziende private stanno collaborando con organizzazioni spaziali consolidate e lavorano con entusiasmo per sviluppare i propri sistemi di lancio di razzi in tutto il mondo, al fine di soddisfare la crescente domanda di servizi di lancio spaziale. Con l'obiettivo di guidare l'industria aeronautica verso un futuro sostenibile, si sta accelerando lo sviluppo di sistemi di propulsione basati su carburanti per l'aviazione sostenibile (Sustainable Aviation Fuels SAF) a medio termine e sull'idrogeno a lungo termine. Le flotte esistenti vengono ammodernate e la domanda di manutenzione, riparazione e revisione (MRO) degli aeromobili è in costante aumento.
Con sistemi di prova materiali per temperature criogeniche di -253 °C (20K) fino a sistemi di prova per alte temperature fino a 2000 °C, aiutiamo i nostri clienti a sviluppare materiali e strutture leggere sempre più efficienti. Scopri la nostra competenza, la nostra lunga esperienza e la nostra profonda conoscenza delle applicazioni per le prove meccaniche su materiali metallici, plastiche rinforzate con fibre e compositi a sandwich, materiali ceramici e per i test su elementi di fissaggio utilizzati nell'industria aerospaziale. Le macchine ZwickRoell per prove statiche e dinamiche sui materiali sono utilizzate dai nostri clienti del settore aerospaziale in tutto il mondo a tutti i livelli di maturità tecnologica (technology readiness levels TRL) e supportano le soluzioni di prova accreditate NADCAP.
Metalli Compositi Alte temperature Temperature criogeniche Elementi di fissaggio Prove di durezza Progetti dei clienti
Le leghe di alluminio sono ampiamente utilizzate nelle strutture aerospaziali grazie alle loro caratteristiche specifiche di peso, ai processi di produzione e ai metodi di calcolo consolidati. Anche le leghe di titanio, un'altra classe di metalli leggeri, hanno caratteristiche specifiche di peso molto favorevoli, una resistenza alla corrosione molto più elevata rispetto all'alluminio e ottime caratteristiche alle alte temperature. Sono quindi particolarmente utilizzate per componenti meccanicamente molto sollecitati e per i componenti dei motori. In misura minore, le leghe di acciaio ad alta resistenza possono essere utilizzate per componenti strutturali soggetti a sollecitazioni altrettanto elevate.
I grandi progressi nei processi di produzione additiva dei metalli consentono oggi di progettare strutture leggere molto complesse, che in passato non potevano essere realizzate con i processi di produzione convenzionali. I materiali metallici, in particolare i metalli leggeri e le loro leghe, svolgono un ruolo fondamentale nella progettazione e nella produzione di aeromobili e sistemi spaziali.
Normative di prova importanti per i test sui metalli
Oltre ai metodi di prova statici, le prove di fatica sui materiali metallici svolgono un ruolo importante nel determinare il relativo comportamento, quando utilizzati nelle strutture aerospaziali in condizioni di carico reali. Con i nostri sistemi di prova, ZwickRoell copre tutti gli standard relativi ai metalli più comuni. Oltre alle soluzioni standardizzate, offriamo diversi livelli di adattamenti personalizzati e sistemi di prova automatizzati per le prove sui metalli.
Plastiche rinforzate con fibre e compositi sandwich
Grazie alle loro eccezionali proprietà meccaniche legate al peso, i materiali plastici rinforzati con fibre e i compositi sandwich si sono affermati con successo nelle strutture leggere utilizzate per la tecnologia aerospaziale. In particolare, i laminati in plastica rinforzata con fibre di carbonio (CFRP) consentono di semplificare la costruzione e la progettazione di strutture aerospaziali grazie alle loro vantaggiose proprietà di fatica. La maggiore resistenza alla corrosione, rispetto ai materiali metallici tradizionali, è un'altra ragione che giustifica l'uso delle plastiche rinforzate con fibre in questo settore. L'industria aerospaziale è stata e continua ad essere un pioniere nello sviluppo costante di sistemi di materiali compositi, processi di produzione e metodi di prova meccanici per la caratterizzazione di laminati e sandwich compositi.
Oltre a un'ampia gamma di prove statiche e dinamiche a temperatura ambiente, i test sui compositi per le strutture aerospaziali sono spesso eseguiti in un intervallo di temperatura definito da -55 °C (-67 °F) a 121 °C (250 °F). Attualmente, lo sviluppo di concetti di propulsione alternativi e sostenibili, che si è intensificato notevolmente negli ultimi anni, e lo stoccaggio di idrogeno liquido a temperature criogeniche, opzione più favorevole per gli aerei di grandi dimensioni, stanno portando sempre più alla ribalta le prove statiche e di fatica a temperature ultrabasse pari a -253 °C (20K).
Scopri di più sulle prove sui compositi Scopri di più sui metodi di prova criogenici
Normative di prova importanti per i test sui compositi nell’industria aerospaziale
| Metodo di prova | Standard | Standard Airbus / Boeing |
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| Prove di trazione sui compositi |
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| Prove di compressione su compositi |
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| Prove di taglio in piano |
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| Prove di flessione su compositi |
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| Resistenza al taglio interlaminare ILSS |
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| Prove di compressione dopo l'impatto CAI |
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| Risposta del cuscinetto e resistenza del giunto |
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| Tasso di rilascio dell'energia interlaminare |
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Per determinare il comportamento alle alte temperature dei materiali metallici utilizzati nei motori degli aerei, vengono eseguite, in prevalenza, prove di trazione fino a 1.200 °C con una macchina per prove statiche dotata di un forno per le alte temperature. La combinazione della macchina di prova con una camera climatica standard e un forno per le alte temperature copre un intervallo di temperature ancora più ampio, dalle basse temperature fino a 1.200 °C. Per determinare l'affidabilità e la durata di componenti altamente sollecitati in condizioni estreme, i metalli ad alta temperatura sono anche sottoposti a prove di creep e di fatica per determinare i relativi limiti e le caratteristiche di resistenza a diversi livelli di temperatura. Questo aiuta i nostri clienti a comprendere il comportamento delle nuove leghe resistenti alle alte temperature, a selezionare il materiale giusto per un'applicazione specifica e a fornire dati adeguati per la progettazione di componenti esposti alle temperature elevate.
La capacità di carico meccanico dei compositi a matrice ceramica (CMC) può essere testata anche a temperature estremamente alte, fino a 2.000 °C. L'idoneità dei CMC per applicazioni specifiche viene valutata con le prove di trazione, compressione, taglio, flessione, creep e creep a fatica. Per garantire che i CMC siano testati in condizioni operative reali, queste prove possono essere eseguite in condizioni di vacuum e di gas inerte in un intervallo di temperatura compreso tra 650 °C e 2.000 °C.
I sistemi per prove ad alta temperatura di ZwickRoell supportano anche la misurazione non a contatto delle deformazioni fino alla temperatura massima. È quindi possibile escludere il cedimento prematuro di campioni sensibili causato da indentature provenienti da sistemi di misura a contatto convenzionali. Un controller automatico e adattivo per le alte temperature assicura un controllo della temperatura altamente preciso e previene gli errori dell'operatore. L'uso di provini sacrificali, spesso richiesto per i test ad alta temperatura, non è più necessario.
Scopri di più sulle prova ad alte temperature Scopri di più sui sistemi prove ad alte temperature Scopri di più sulle macchine per prove di creep
I vari combustibili liquidi utilizzati per i sistemi di lancio spaziali devono essere raffreddati a temperature criogeniche. La loro scelta dipende dai requisiti specifici della missione, dalle prestazioni desiderate e dalle possibilità tecnologiche, anche nell’ambito della relativa produzione. Con decenni di esperienza nello sviluppo di sistemi di lancio spaziali per l'industria aerospaziale, è stata acquisita ampia competenza anche per quanto riguarda il comportamento dei vari materiali a temperature criogeniche. Tuttavia, queste conoscenze non sono facilmente disponibili e non riguardano i nuovi materiali. Inoltre, i razzi costruiti in precedenza erano progettati per un solo lancio, mentre alcuni sistemi attuali sono progettati per lanci multipli e riutilizzabili. Per i futuri concetti di propulsione sostenibili nell'aviazione, l'obiettivo a lungo termine è quello di utilizzare l'idrogeno liquido, che deve essere conservato a bordo a -253 °C (20K).
La lunghissima durata di vita dei moderni aerei commerciali fa sì che, oltre al comportamento statico dei materiali a temperature criogeniche, venga sempre più considerato il comportamento a fatica dei materiali utilizzati per costruire i sistemi di bordo. Le scoperte precedenti sul comportamento dei materiali a temperature criogeniche, ottenute durante i viaggi spaziali, possono quindi essere applicate solo in misura limitata agli sviluppi futuri nel campo dell'aviazione.
ZwickRoell offre soluzioni per test statici e dinamici per metodi di prova criogenici utilizzati per la caratterizzazione dei materiali metallici e delle materie plastiche non rinforzate e fibrorinforzate. A seconda delle temperature criogeniche da raggiungere, si può scegliere tra criostati a immersione (77K) o a flusso continuo (temperatura ambiente fino a 15K).
Scopri di più sulle prove materiali a temperatura criogenica
Oltre alle proprietà meccaniche dei materiali utilizzati nelle strutture aerospaziali, viene determinato anche il comportamento strutturale studiando le proprietà dei vari collegamenti con bulloni e rivetti in uso. A tal fine, la resistenza statica e, in particolare la resistenza a fatica degli elementi di fissaggio meccanici utilizzati in queste strutture, deve essere testata con prove dinamiche, nello specifico quelle definite nei metodi di prova standardizzati secondo ASTM F606 e NASM 1312-8 e NASM 1312-13.
ZwickRoell offre soluzioni di prova statiche e dinamiche per l'esecuzione affidabile ed efficiente di questi tipi di test.
Le parti e i componenti metallici per le applicazioni aerospaziali e per la tecnologia della difesa sono soggetti ai massimi requisiti in termini di affidabilità, durata e integrità funzionale, talvolta in condizioni operative estreme. Con il principio di progettazione safe-life utilizzato nell'industria aerospaziale, ad esempio, si escludono guasti o malfunzionamenti di un componente progettato secondo queste linee guida durante la sua vita utile prevista. Pertanto, i componenti metallici sono sottoposti a un attento monitoraggio dei processi e a precisi metodi di controllo della qualità. Anche la prova di durezza svolge un ruolo importante in queste situazioni.
ZwickRoell offre macchine per le prove di durezza che soddisfano tutti i metodi stabiliti e gli standard di prova internazionali.
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