All’inizio era fuoco. C’è circa un milione di anni, l’uomo ha addomesticato la persona che cambierà definitivamente il corso dell’umanità. Va ricordato che per il progresso della civiltà è
Prometeo ha rubato il fuoco agli dei. È questo fuoco che evoca molte emozioni contraddittorie: sicurezza, pericolo, paura, conforto, dolore e speranza. A volte quell’amico di tutti i giorni sfugge al nostro controllo. Dagli incendi agli incendi domestici, tutti temono questi scenari catastrofici. Ancora di più quando su un aereo o scoppia un incendio durante il volo. Chi di noi non ha mai rabbrividito davanti a un film disastroso in cui un aereo in fiamme si schianta sullo sfondo di una musica drammatica?

Ma niente panico! Ingegneri e ricercatori selezionano i materiali e progettano i velivoli con rispetto Standard di sicurezza Tra i più esigenti. Pertanto, i materiali selezionati per applicazioni aerospaziali devono soddisfare rigorosamente diversi criteri: tossicità, resistenza al fuoco, produzione di fumo, combustione, ecc.

In aviazione, i materiali compositi sono i più utilizzati (50% della massa dell’aereo) perché offre una buona via di mezzo tra proprietà meccaniche (durezza e resistenza) e leggerezza. Questi materiali cosiddetti “compositi” generalmente combinano rinforzi in fibra (principalmente fibre di carbonio, come nelle racchette da tennis o nelle bici da corsa al Tour de France) e una matrice polimerica (nota anche come adesivo o colla tra le fibre). di plastica). Il rinforzo conferisce buone proprietà meccaniche al materiale mentre la matrice permette l’incollaggio delle fibre tra loro.

L’aereo è composto da diverse parti assemblate tra loro. La scelta del materiale per queste diverse parti dipende principalmente dall’area in cui si trovano. La zona macchine e le stanze adiacenti sono tra le aree più importanti di un aeromobile. Soprattutto quando il motore prende fuoco. In questo caso, gli aeromobili sono progettati per essere di proprietà del pilota 15 minuti piccoli mettere il suo dispositivo. Durante questi 15 minuti, la fiamma (proveniente dalla combustione di carburante – cherosene – e plastica) non deve attraversare le parti composite e la parte deve mantenere una sufficiente resistenza meccanica.

Illustrazione dell’accoppiamento termomeccanico © B. Vieille (via The Conversation)

Per prevenire queste condizioni critiche ed evitare conseguenze potenzialmente drammatiche, è necessario studiare l’effetto del calore e del carico meccanico (le forze esercitate sulle diverse parti del velivolo) per comprenderne appieno gli effetti. interazioni. Immagina cosa succede quando metti una tazza su una tavoletta di cioccolato (figura sopra) e inizia a sciogliersi… Concretamente, quando esponi una parte composita a una fiamma, la plastica si ammorbidisce, si scioglie (trasformandosi in liquido) e poi si decompone dal calore (trasformandosi a gas). Questi gas poi alimentano le fiamme e facilitano la propagazione del fuoco. È chiaro che la capacità della parte di sostenere la forza (il peso del motore per esempio) sarà notevolmente ridotta. Sono queste interazioni che devono essere comprese.

Le dimensioni caratteristiche delle parti composite aeronautiche variano da poche decine di centimetri a strutture dell’ordine del metro. La difficoltà sta poi nel riprodurre al meglio su scala di laboratorio (e quindi su piccola scala) le condizioni reali di un attacco termico accompagnato da un carico meccanico. Il Regole del certificato (Licenza) L’aeronautica definisce una temperatura della fiamma di 1150 °C e un flusso di calore (calore emesso per unità di superficie) di circa 120 kW/m2.

È quindi necessario sviluppare mezzi tecnici specifici che permettano di misurare tutte le grandezze fisiche (temperatura, forza, deformazione) coinvolte nei fenomeni fisici coinvolti nell’incendio del motore. In queste dure condizioni, ci sono ancora buone notizie. Per migliaia di anni, l’umanità ha acquisito conoscenze e strumenti che illuminano ingegneri e ricercatori su come progettare parti composite in aeronautica.

Il banco prova riproduce l’effetto simultaneo della fiamma e del carico meccanico © B. Vieille (via The Conversation)

Con questo spirito, i nostri laboratori di ricerca sono GPM (Gruppo di Fisica dei Materiali -) e
Corea (Professional Research Complex in Thermal Air Chemistry -) hanno unito le loro competenze e unito i loro sforzi per sviluppare una piattaforma di test originale (un prototipo di macchina dedicata allo studio di fenomeni specifici – vedi sopra) nell’ambito di un progetto chiamato Aeroflamme, finanziato dalla regione della Normandia e Europa.

Questo banco combina una stufa a cherosene (che impone una fiamma) e un cilindro idraulico (che impone una forza). Integra inoltre vari strumenti di misura: telecamera a infrarossi (misura della temperatura), sensore di spostamento (misura della distorsione) e forza. Utilizzando questo banco prova, è quindi possibile comprendere meglio il comportamento al fuoco dei materiali compositi e più specificamente il/i accoppiamento/i tra l’effetto della fiamma/calore sull’evoluzione delle proprietà/comportamento meccanico.

In queste condizioni la parte installata si mantiene bene per quindici minuti… ma può resistere di più. Bandiera a bordo, buon volo!

L’uso di materiali compositi innovativi nelle applicazioni aeronautiche oggi deve far fronte a standard di sicurezza più stringenti per i quali è necessario fornire risposte affidabili e pertinenti. Inoltre, è essenziale consentire ai produttori di aviazione di comprendere/prevedere la resistenza al fuoco dei loro materiali e, in definitiva, delle loro parti e assiemi. Il nostro lavoro di ricerca sui materiali per l’aviazione è quindi parte della logica per l’adozione di nuovi materiali per applicazioni in un ambiente ad alta temperatura o anche durante un pericoloso evento di incendio. Questo materiale è fornito dai produttori di aeronautica.

Questa analisi è stata scritta da Benoît Vieille, professore di meccanica dei materiali aeronautici presso l’Istituto nazionale di scienze applicate (INSA) Roanne Normandy.
L’articolo originale è stato pubblicato sul sito web di Conversazione.