Il settore aerospaziale commerciale è uno dei settori più impegnativi e complessi in cui operare. Oggi, i costruttori e gli operatori di aeromobili commerciali devono far fronte a una complessa combinazione di esigenze economiche, tecniche, di sicurezza e ambientali per garantire il successo aziendale a lungo termine.
Le strutture aeronautiche costituiscono un elemento fondamentale di questa complessità. Oltre a soddisfare precisi requisiti strutturali, devono rispettare gli obiettivi relativi a costi, producibilità, durata e resistenza agli agenti atmosferici. Anche i componenti interni devono essere conformi alle severe normative in materia di infiammabilità e rilascio di calore.
Le strutture aeronautiche di tipo sandwich che utilizzano anime alveolari leggere realizzate con carte Kevlar® Nomex® Kevlar® sono ormai affermate nel settore da decenni. Come illustrato di seguito, queste strutture trovano ampia applicazione in tutto il velivolo, dalle parti interne meno sollecitate alle strutture esterne soggette a sollecitazioni elevate. Tali componenti sono i più efficienti dal punto di vista strutturale tra quelli conosciuti, in quanto consentono di ottenere le prestazioni meccaniche necessarie con il minor peso possibile.
I vantaggi della riduzione del peso
La riduzione del peso offre numerosi vantaggi. Il più evidente è il risparmio di carburante. Per mantenere in volo un velivolo più leggero è necessaria una minore forza propulsiva, il che si traduce nei seguenti vantaggi:
- Minor consumo di carburante e minori spese
- Maggiore capacità di carico
- Maggiore autonomia
Un ulteriore vantaggio della riduzione del peso è la sostenibilità. L'industria aerospaziale mondiale produce circa il 2% delle emissioni totali di CO₂ (www.iea.org/reports/aviation). Ridurre l'impatto ambientale del settore aeronautico è fondamentale per garantire una maggiore sostenibilità del settore.
Una minore consumazione di carburante comporta una riduzione delle emissioni operative. Poiché oltre il 99% delle emissioni di CO₂ di un aeromobile viene generato durante il suo funzionamento nel corso dell'intero ciclo di vita, la riduzione del peso rappresenta una delle strategie più immediate e accessibili per ridurre l'impronta di carbonio di un aeromobile, con un enorme vantaggio cumulativo nel corso dei suoi 20-30 anni di vita operativa.
Questi vantaggi non si limitano ai velivoli alimentati a carburante; ne beneficiano anche i nuovi velivoli elettrici per la mobilità aerea avanzata (AAM) / eVTOL. Si potrebbe sostenere che la riduzione del peso sia ancora più cruciale per gli AAM, poiché la densità energetica delle batterie è inferiore di oltre un ordine di grandezza rispetto a quella degli idrocarburi liquidi, limitando in modo significativo l'autonomia e il carico utile (ovvero il numero di passeggeri o di merci). Ogni chilo di peso risparmiato è prezioso per il business case dell'AAM.
Carta Kevlar® da 1 mil
In risposta all'esigenza di un'ulteriore riduzione del peso, Arclin lanciato sul mercato un prodotto ultraleggero in carta Kevlar® , destinato alle strutture a sandwich degli interni delle cabine degli aerei, in particolare degli aerei commerciali e degli AAM. Poiché gli interni della cabina passeggeri rappresentano circa il 15% del peso di un aeromobile, l'alleggerimento dei componenti interni contribuisce direttamente alla riduzione del consumo di carburante, garantendo al contempo minori costi operativi, una minore impronta di carbonio e una maggiore autonomia e/o capacità di carico.
L'utilizzo di materiali compositi all'avanguardia comporta spesso costi elevati, poiché tali materiali si trovano ancora nelle prime fasi del loro ciclo di vita e vengono prodotti in quantità limitate; tuttavia, la carta Kevlar® da 1 mil Arclin viene prodotta negli stessi impianti commerciali già utilizzati per gli altri gradi di N636. È importante sottolineare che non dovrebbero essere necessarie modifiche significative al processo di produzione dei componenti.
Modello dimostrativo ultraleggero da 5 kg con pareti laterali
Un recente progetto condotto da Arclin la tedesca Composites Technology Center GmbH (CTC, una società del gruppo Airbus) ed Euro-Composites, produttore mondiale di strutture a nido d’ape per il settore aerospaziale, dimostra i vantaggi della carta Kevlar® da 1 mil.
L'obiettivo principale del progetto era quello di ridurre il peso complessivo di un pannello laterale tipico di un aeromobile a doppio corridoio. Un pannello laterale è solitamente costituito da un'anima a nido d'ape rivestita su entrambi i lati da laminati in preimpregnato fenolico/vetro e da una pellicola decorativa sulla superficie visibile del pannello.
Oltre a questi notevoli risparmi di peso, non solo i costi di implementazione presso lo stabilimento di produzione risultano ridotti, poiché il processo rimane invariato, ma si registrano anche una significativa riduzione dei costi di manodopera legati alla preparazione dei pezzi: i pezzi per pareti laterali in scala reale realizzati con carta Kevlar® da 1 mil presentano una notevole riduzione della trasparenza del motivo a nido d’ape, consentendo una preparazione manuale minima della superficie prima dell’applicazione della pellicola decorativa.