Progresso e sviluppo delle tecnologie aeronautiche


    Pochi anni prima della seconda guerra mondiale le strutture dei primi velivoli erano realizzate con tralicci in legno di bambù e tiranti d'acciaio.

    Questa riflessione può solo che lasciarci affascinati dalla veloce avanzata che questo importante settore dell'aeronautica ha compiuto in pochi decenni: infatti, già nel 1969 il supersonico Concorde volava con una struttura composta da quei materiali che sono stati definiti "estremi", e che per trent'anni ne hanno fatto il velivolo più veloce e sicuro al mondo.

    Le principali innovazioni avvennero nel primo periodo post-bellico quando vennero costruiti i primi monoplani con ala a rivestimento metallico: l'evoluzione di questo schema strutturale porterà successivamente a sempre più raffinate strutture a guscio, con rivestimenti irrigiditi in vari modi.

    L'evoluzione in questo campo viaggia a ritmi vertiginosi.

    Attualmente le ali dei moderni aeroplani, così come la fusoliera, gli impennaggi, e le superfici mobili, vengono costruite secondo schemi elaborati: i materiali impiegati sono sostanzialmente leghe d’alluminio e di titanio, nonché acciai ad alta resistenza.

    L’inizio glorioso di questa avventura dell'uomo avvenne con la struttura del celebre aereo civile DC-3 Dakota, del 1936.

    Le leghe di alluminio che vengono utilizzate in questo settore, come per esempio il duralluminio(una lega contenente rame) risalgono a prima degli anni ’40.

    Questa lega era stata realizzata per la prima volta nel 1909 dalla tedesca Dürener Metallwerke AG e sviluppata inizialmente per gli involucri dei dirigibili rigidi.

    Sono state in seguito sviluppate nuove leghe, come le alluminio-litio.

    Basti pensare, per il grado di sicurezza e resistenza della lega alluminio-litio, che da alcuni anni viene impiegata per la costruzione del grande serbatoio centrale dello Space Shuttle, quello che alimenta i motori della navetta americana: in pratica è un materiale che mette assieme molti vantaggi: resistenza, leggerezza e costo minore rispetto alle altre leghe.

    [inline: 2= Immagine - 1 - struttura a nido d'ape] Immagine - 1 - Il modello geometrico di una struttura a nido d'ape.

    Acciai ad altissima resistenza vengono adoperati ad esempio per realizzare i carrelli di atterraggio.

    Le superfici mobili hanno invece la struttura in lega d’alluminio.

    Con le plastiche e i metalli vengono realizzati anche i materiali compositi.

    I compositi a matrice polimerica contengono fibre di vetro, kevlar e fibre di carbonio e vengono prodotti versando il materiale allo stato liquido in uno stampo.

    Con il raffreddamento il tutto polimerizza direttamente nello stampo.

    Oltre ai materiali compositi termoplastici, per i moderni aerei civili e caccia militari vengono usati materiali leggeri di riempimento, con struttura a nido d’ape, realizzati sia in foglio d’alluminio che in materiali plastici.

    Oppure a matrice metallica: a volte, ma ancora a livello sperimentale, vengono utilizzate fibre di allumina.

    Ovviamente non va dimenticato il titanio, che è molto utilizzato, poiché ha una resistenza più elevata dell’alluminio paragonabile quasi a quella dell’acciaio.

    Uno dei primi velivoli ad aver fatto uso del titanio è il celebre Lockheed SR-71 BLACKBIRD, ricognitore strategico dell'Air Force americana, in grado di volare a Mach 3(il numero di Mach è un numero adimensionale essendo un rapporto tra velocità), cioè tre volte il muro del suono, e a 24000 metri di quota, ma oggi il titanio è largamente usato anche nella nuova generazione di computer portatili.

    [inline: 3= Immagine - 2 - Lockheed SR-71 blackbird] Immagine - 2 - Lockheed SR-71 blackbird©NASA

    La lega nichelio-cromo, l'acciaio ed il titanio, furono impiegati per la struttura dell'aerorazzo X15, che tra la fine degli anni '50, e il decennio '60, volò fino a 83 chilometri di quota: in pratica è l'unico aereo ad aver viaggiato a quote "spaziali".

    Le super leghe invece vengono utilizzate per le parti ad elevata temperatura dei motori, come ad esempio i dischi delle turbine, o per le pale.

    La sicurezza in campo aeronautico è un fattore determinante. Materiali avanzati, pratici, economici, ma addirittura "intelligenti".

    Esistono infatti le Smart Structures(strutture intelligenti). I materiali agiscono come trasduttori e come attuatori.

    Poi vi sono i piezo-materiali, che sono in grado di rilevare deformazioni nella struttura e di deformarla a loro volta.

    E poi ancora i materiali magnetostrittivi: sensibili ai campi magnetici, possono essere usati per il controllo attivo delle vibrazioni.

    La ricerca in campo aeronautico ha ancora molta strada da percorrere anche se ci sono continui miglioramenti.

    Il futuro si prospetta pieno di innovazioni: per fare un esmpio basta prendere l'ala di in uccello.

    [inline: 1= Immagine - 3 - Ala di un uccello e sua struttura] Immagine - 3 - Nella figura è rappresentata l'ala tipo di un uccello e la sua struttura ossea.

    Dal punto di vista naturalistico l'ala di un uccello è un esempio di perfezione tecnologica: è "adattiva" perchè può cambiare forma, è "sensoriale", perchè sente gli stimoli, e ha gli "attuatori" che sono distribuiti dappertutto.

    L'idea, per i velivoli del futuro, consiste nell'eliminare il più possibile parti mobili sulla struttura, e di creare un sistema per far si che tutte le varie parti si deformino in modo coordinato, così da imitare il funzionamento dell'ala di un uccello.

    Un tale sistema sarebbe molto più efficiente e ad elevato controllo.

    Il grande Leonardo da Vinci studiava l'anatomia e il volo degli uccelli per tentare di costruire delle macchine in grado di far volare l'uomo più di cinquecento anni fa(Immagine - 4) non possedendo i materiali che si conoscono oggi.

    [inline: 4= Immagine - 4 - La navicella volante di Leonardo da Vinci] Immagine - 4 - La navicella volante di Leonardo da Vinci ricostruita dal museo della scienza Leonardo da Vinci di Milano ©museoscienza.org

    Sembra insomma che, man mano il futuro si avvicini, anche in campo aeronautico l'uomo impari dalla natura, e la tecnologia divenga sempre più "biomimetica(Biomimetics Technology)".

    Anche qui, se il XX secolo è stato contrassegnato dagli sviluppi della fisica, il XXI secolo sarà quasi certamente quello della biologia.

    Sitografia

    Lockheed SR-71 BLACKBIRD - Wikipedia - The free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/SR-71_Blackbird

    X15 - Hypersonic Research at the Edge of Space http://history.nasa.gov/x15/cover.html

    Biomimetics Technology - ESA European Space Agency www.esa.int/gsp/ACT/biomimetics/index.htm

    Douglas DC-3 - Wikipedia, the free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/Douglas_DC-3

    Aerodynamics - Wikipedia, the free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/Aerodynamics

    Leonardo e il volo - Museo della Scienza Leonardo da Vinci di Milano www.museoscienza.org/leonardo/speciale/approfondimenti/articoli/volo.htm



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