Evoluzione dei Materiali Aerospaziali
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Questions and Answers

Qual è uno dei principali materiali utilizzati per i lanciatori spendibili oggi?

  • Acciaio inossidabile
  • Filament winding (correct)
  • Ferro
  • Plastiche comuni

    • Qual è il problema principale relativo allo scudo termico all’atterraggio?

  • L'eccessivo peso della struttura
  • La protezione contro il calore (correct)
  • Il costo dei materiali
  • La capacità di assorbire i carichi

    • Cosa viene utilizzato all'interno del bordo d'attacco come pompa di calore?

  • Acqua
  • Aria compressa
  • Litio (correct)
  • Olio minerale

    • Qual è la funzione principale dei canali presenti nel bordo d'attacco?

    <p>Fornire opportunità di raffreddamento</p> Signup and view all the answers

    Cosa causa il fenomeno chiamato outgassing nella struttura microscopica dei materiali?

    <p>L'esposizione al vuoto</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'obiettivo della progettazione dei materiali aerospaziali riguardo al peso?

    <p>Ridurre il peso senza compromettere la resistenza</p> Signup and view all the answers

    Qual è uno degli svantaggi correlati all'uso di materiali leggeri nei lanciatori?

    <p>Costi di produzione elevati</p> Signup and view all the answers

    Qual è una delle sollecitazioni maggiori subite dai satelliti durante il lancio?

    <p>Accelerazioni elevate</p> Signup and view all the answers

    Qual è il primo passaggio nel procedimento operativo del problema funzionale?

    <p>Definire i requisiti di progetto</p> Signup and view all the answers

    In quale caso si desidera minimizzare la massa?

    <p>Nel caso della biella in trazione</p> Signup and view all the answers

    Quali grandezze rappresentano i vincoli nella progettazione della biella?

    <p>Forza e lunghezza</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'indice di merito del materiale utilizzato per la progettazione?

    <p>Un termine quantitativo</p> Signup and view all the answers

    Cosa si deve fare dopo aver definito i requisiti di progetto?

    <p>Scrivere l'equazione esprimente i vincoli</p> Signup and view all the answers

    Qual è la relazione fondamentale utilizzata per calcolare la massa?

    <p>Massa è uguale al prodotto di densità e volume</p> Signup and view all the answers

    Cosa si deve identificare per ottimizzare la prestazione del materiale?

    <p>L'indice di merito</p> Signup and view all the answers

    Nel dimensionamento a rigidezza, quale tipo di struttura viene analizzata?

    <p>Una trave generica</p> Signup and view all the answers

    Quale materiale è stato principalmente utilizzato tra il 1920 e il 1980 per sostituire il legno nell'industria aerospaziale?

    <p>Alluminio</p> Signup and view all the answers

    Qual è la principale caratteristica meccanica dell'alluminio e del magnesio rispetto all'acciaio?

    <p>Leggerezza</p> Signup and view all the answers

    Quale fenomeno è tipico delle strutture in parete sottile di acciaio?

    <p>Buckling</p> Signup and view all the answers

    Quali materiali compositi sono attualmente impiegati per la fusoliera della maggior parte dei velivoli civili?

    <p>Materiali compositi convenzionali</p> Signup and view all the answers

    Per quale motivo il legno si è rivelato problematico nell'industria aerospaziale?

    <p>Problemi di fatica</p> Signup and view all the answers

    Che tipo di materiali sono i CMC?

    <p>Materiali compositi a matrice ceramica</p> Signup and view all the answers

    Qual è un requisito per i velivoli militari in relazione ai materiali utilizzati?

    <p>Sopportare riscaldamenti cinetici maggiori</p> Signup and view all the answers

    Che problemi si sono trascurati riguardo al legno fino agli anni '20?

    <p>Problemi di fatica e degrado ambientale</p> Signup and view all the answers

    Qual è il principale vantaggio dell'uso del titanio nei motori aerospaziali?

    <p>Bassa densità e elevata resistenza termica</p> Signup and view all the answers

    Quale affermazione riguardo ai materiali compositi è corretta?

    <p>Presentano un comportamento a fatica migliore nella direzione delle fibre.</p> Signup and view all the answers

    Qual è uno degli svantaggi dell'utilizzo di materiali compositi?

    <p>Minor resistenza ambientale</p> Signup and view all the answers

    Quale velivolo è stato il primo a utilizzare materiali compositi in campo civile?

    <p>Boeing 767</p> Signup and view all the answers

    Quali sono le performance termiche dei materiali compositi?

    <p>Iniziano a perdere i loro vantaggi meccanici sopra i 100°.</p> Signup and view all the answers

    Qual è una delle caratteristiche meccaniche delle fibre nei materiali compositi?

    <p>Valori di rigidezza specifica fino a 30 volte superiori</p> Signup and view all the answers

    Quali problemi si associano ai materiali compositi in termini di utilizzo?

    <p>Problemi di degrado igrotermico</p> Signup and view all the answers

    Qual è una delle limitazioni nei materiali compositi rispetto ai metalli?

    <p>Maggiore difficoltà delle giunzioni</p> Signup and view all the answers

    Qual è il risparmio di peso che gli impennaggi in carbonio possono portare?

    <p>30%</p> Signup and view all the answers

    Quale materiale viene utilizzato nella fusoliera dell'A380?

    <p>Composito di metallo chiamato glare</p> Signup and view all the answers

    Qual è la principale differenza tra il comportamento del metallo e del carbonio in caso di urti?

    <p>Il metallo è duttile mentre il carbonio è fragile.</p> Signup and view all the answers

    Che tipo di carico deve considerare la fusoliera durante il volo?

    <p>Carico a fatica e pressurizzazione.</p> Signup and view all the answers

    Quanto peso può risparmiare l'impiego di compositi nella fusoliera dell'A380?

    <p>15 tonnellate</p> Signup and view all the answers

    Cosa succede alla fusoliera durante le fasi di decollo e atterraggio?

    <p>Si gonfia e si sgonfia a causa della differenza di pressione.</p> Signup and view all the answers

    Quale componente del Boeing B-787 è noto per la sua massiccia presenza di materiali compositi?

    <p>Fusoliera</p> Signup and view all the answers

    Qual è la pressione che si mantiene in quota, utile per il benessere dei passeggeri?

    <p>Pressione pari a quella dell'aria a 2000 metri</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Evoluzione dei Materiali Aerospaziali

    • Prima dell'utilizzo dell'alluminio, l'acciaio ha sostituito il legno come materiale principale.
    • Negli anni '20-'80 l'alluminio e il magnesio sono stati impiegati con successo a causa della loro leggerezza.
    • I materiali compositi sono stati introdotti negli anni '70 e '80 e oggi costituiscono la fusoliera della maggior parte degli aerei civili.
    • I materiali compositi convenzionali sono costituiti da fibre rinforzate in una matrice, di solito polimerica, e possono resistere a temperature elevate.
    • I metalli utilizzati nell'industria aerospaziale, come l'alluminio e il magnesio, presentano caratteristiche meccaniche inferiori all'acciaio, quindi si necessita di uno spessore maggiore per ottenere le stesse prestazioni.
    • I materiali compositi offrono miglior resistenza alla fatica rispetto ai metalli, sono leggeri e offrono un'efficienza strutturale superiore.

    Problematiche dei Materiali Aerospaziali

    • Il legno è un materiale problematico in ambito aerospaziale a causa della sua suscettibilità alla fatica e al degrado ambientale.
    • Le strutture in acciaio a parete sottile vengono utilizzate per ridurre il peso degli aerei, ma sono soggette a buckling, un fenomeno di instabilità tipico dei profili sottili.
    • Le alte temperature generate dal riscaldamento cinetico a velocità elevate richiedono materiali resistenti al calore.
    • I requisiti per i velivoli militari includono la resistenza alle alte temperature a quote elevate.

    Confronto Tra Legno e Materiali Compositi

    • I materiali compositi offrono una resistenza termica superiore rispetto al legno.
    • Le fibre di carbonio sono fragili, ma offrono un'elevata resistenza e leggerezza, rendendole adatte per realizzare strutture aeronautiche.
    • Negli aerei, gli impennaggi in carbonio possono ridurre il peso del 30 %, mentre la fusoliera del 20%.
    • La fusoliera dell'A380 è realizzata in glare, un composito di metallo e vetroresina, che offre una maggiore resistenza e leggerezza.
    • Il Boeing B-787 utilizza una fusoliera interamente costruita in fibra di carbonio, che consente una maggiore resistenza alla differenza di pressione tra la crociera e il decollo/atterraggio.

    Il Rilevanto dei Compositi per l'Aviazione Civile

    • Il Boeing 767 è stato il primo aereo civile a utilizzare i compositi nelle strutture secondarie di controllo dei comandi di volo.
    • Successivamente, i compositi sono stati applicati per la costruzione di impennaggi e ali.
    • L'utilizzo dei compositi per la fusoliera è stato un passo significativo, in quanto offre una maggiore resistenza e leggerezza rispetto ai metalli.
    • L'A380 ha realizzato un risparmio in termini di peso di circa 15 tonnellate grazie all'utilizzo del glare.

    Lanciatori e Requisiti dei Materiali Spaziali

    • Il materiale utilizzato per i lanciatori spendibili è passato dall'alluminio al filament winding, una tecnica di avvolgimento di fibra a basso costo.
    • I lanciatori spendibili sono costituiti da un grosso cilindro con irrigidimenti interni che permettono di sopportare i carichi di compressione al decollo.
    • Lo Space Shuttle ha un sistema di protezione termica realizzato in piastrelle ceramiche su un substrato flessibile di polimero.
    • I satelliti sono sollecitati solo al decollo da accelerazioni elevate e in orbita non sono soggetti a grandi carichi.
    • I satelliti sono soggetti a un fenomeno chiamato outgassing, ovvero la fuoriuscita di gas intrappolato all'interno della struttura microscopica del materiale.

    Metodi per Ottimizzare l'Utilizzazione dei Materiali

    • Un metodo per ottimizzare l'utilizzo dei materiali è il processo di problem functional, che prevede:
      • Definizione dei requisiti del progetto (funzione, obiettivo, vincoli);
      • Scrivere la funzione obiettivo in termini di requisiti, geometria e proprietà del materiale;
      • Identificare le quantità variabili;
      • Scrivere l'equazione che esprime i vincoli;
      • Sostituire nella funzione obiettivo il vincolo e la dipendenza dalle variabili;
      • Raggruppare le variabili in tre gruppi: requisiti, geometria e proprietà del materiale;
      • Identificare l'indice di merito del materiale che ottimizza la prestazione.

    Esempio di Ottimizzazione di una Biella in Trazione

    • Si punta a minimizzare la massa della biella.
    • La funzione obiettivo è quella di sopportare un dato carico F.
    • L'equazione del vincolo della forza tiene conto della forza, dell'area e dello sforzo di snervamento del materiale.
    • La massa è definita come prodotto di densità e volume.
    • L'indice di merito del materiale è un termine quantitativo che rappresenta il rapporto tra lo sforzo di snervamento e la densità, il cui valore è un indicatore della resistenza del materiale.

    Esempio di Ottimizzazione di una Trave Soggetta a Flessione

    • Si punta a minimizzare la massa della trave soggetta a flessione.
    • L'equazione del vincolo tiene conto del momento flettente, del modulo di elasticità del materiale e delle dimensioni della trave.
    • L'indice di merito è un termine quantitativo che rappresenta il rapporto tra il modulo di elasticità e la densità, il cui valore è un indicatore della rigidità del materiale.

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    Questo quiz esplora l'evoluzione dei materiali utilizzati nell'industria aerospaziale, dall'acciaio all'alluminio e ai materiali compositi. Scoprirai l'importanza di questi materiali nella costruzione degli aerei e le loro caratteristiche meccaniche. Inoltre, analizzeremo le problematiche legate a ciascun materiale.

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