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Sicurezza Edoardo Leslie Baines A.A 2024/2025 Sicurezza Edoardo Leslie Baines INDICE 1 Introduzione...

Sicurezza Edoardo Leslie Baines A.A 2024/2025 Sicurezza Edoardo Leslie Baines INDICE 1 Introduzione 7 2 Enti Aeronautici 8 2.1 Enti Internazionali.......................... 8 2.1.1 ICAO............................. 8 2.1.2 IATA............................. 9 2.1.3 AESA............................. 9 2.1.4 FAA.............................. 10 2.1.5 EUROCONTROL...................... 10 2.1.6 NTSB............................. 10 2.2 Enti Nazionali............................. 10 2.2.1 ENAC............................. 11 2.2.2 ENAV............................. 11 2.2.3 ANSV............................. 12 3 Security e Safety 13 3.1 Security................................ 13 3.1.1 Evoluzione degli attentati.................. 13 3.1.2 Contromisure negli anni................... 14 3.1.3 Quadro Normativo...................... 14 3.2 La Safety............................... 15 3.2.1 Obbiettivi........................... 15 3.2.2 Andamento storico...................... 15 3.3 Human Factor............................ 16 3.4 L’Errore Umano........................... 16 3.4.1 Classificazioni Temporali.................. 16 3.4.2 Classificazioni Esecutive................... 17 3.4.3 Fattori che influenzano l’errore............... 18 3.4.4 Situational Awareness.................... 18 Pagina 1 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 3.5 Conseguenze dell’errore....................... 19 3.6 Approccio sistemico......................... 19 3.7 Crew Resource Management..................... 19 4 Analisi di sicurezza e del rischio 20 4.1 Definizioni............................... 20 4.1.1 Sistema............................ 20 4.1.2 La sicurezza sistemica.................... 20 4.2 Analisi della sicurezza........................ 21 4.2.1 Metodo deterministico.................... 21 4.2.2 Metodo Probabilistico.................... 21 4.2.3 Considerazioni sui 2 metodi................. 22 4.3 Barriere di sicurezza......................... 22 4.3.1 Barriere consequenziali e casuali.............. 22 4.3.2 Tipi di barriere........................ 22 4.4 Metodologie per la quantificazione del rischio........... 23 4.4.1 Analisi preliminare dei pericoli............... 23 4.4.2 Analisi di rischio del sistema................ 24 4.4.3 Implementazione misure di sicurezza............ 24 4.5 Tipologie di analisi di sicurezza................... 24 4.6 Analisi retrospettiva......................... 24 4.6.1 MOR............................. 25 4.6.2 Logica dell’occorrenza.................... 25 5 Safety Management System 26 5.1 Parti costituenti........................... 26 5.2 Approcci Operativi.......................... 27 5.3 Analisi retrospettiva in ottica SMS................. 27 5.4 Valutazione del rischio di Evento ed Occorrenza......... 28 5.4.1 Severità............................ 28 5.4.2 Frequenza........................... 29 5.4.3 Valutazione della severità di occorrenza.......... 29 6 Parti principali di un velivolo 30 6.1 Ala................................... 30 6.1.1 I Longheroni......................... 31 6.1.2 Le Centine.......................... 31 6.1.3 Il Rivestimento........................ 31 6.2 Le sollecitazioni e i carichi di un ala................ 32 6.2.1 Le sollecitazioni di un ala.................. 32 6.2.2 I carichi di un ala...................... 32 6.2.3 Buckling............................ 33 6.2.4 La catena di carico...................... 33 6.3 La fusoliera.............................. 34 6.3.1 I carichi di una fusoliera................... 34 6.3.2 Le configurazioni di una fusoliera.............. 35 Pagina 2 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 6.3.3 Pressure bulkhead...................... 35 6.3.4 I finestrini........................... 35 6.3.5 Portelloni........................... 36 6.4 Il rivestimento e le correnti nella fusoliera............. 36 6.4.1 Tear strap........................... 36 6.4.2 Doubler............................ 36 6.4.3 Gli shear ties......................... 36 6.5 Attacco Ala-Fusoliera........................ 36 6.5.1 La posizione.......................... 37 7 Sicurezza Strutturale 38 7.1 Carichi................................. 38 7.1.1 Tipi di carichi......................... 38 7.2 Strutture e tensioni.......................... 38 7.3 Considerazioni sui materiali..................... 39 7.4 Fattori di sicurezza.......................... 40 7.4.1 Carichi per il dimensionamento............... 40 7.4.2 Obbiettivi del progetto strutturale............. 41 7.5 Tensioni ammissibili......................... 41 7.6 Le verifiche strutturali........................ 41 7.7 Minacce alla sicurezza strutturale.................. 42 8 La fatica 43 8.1 Fatica nelle strutture metalliche................... 43 8.1.1 Le fasi del cedimento per fatica............... 43 8.1.2 Aspetti che influenzano la vita a fatica........... 44 8.2 Safe-Life................................ 44 8.3 Fail-Safe................................ 45 8.4 Damage Tolerance.......................... 45 9 Tecnologie per la sicurezza del volo 47 9.1 Jet Engine............................... 47 9.2 High Lift Devices........................... 47 9.3 Sistemi di frenatura......................... 48 9.4 Sistemi di stabilità e controllo.................... 48 9.5 Flight Deck e Interfaccia Uomo-Macchina............. 49 10 Sistemi di Emergenza 50 10.1 Sistemi di allarme.......................... 50 10.2 Impianti di rilevamento incendio.................. 51 10.3 Impianti spegnimento incendio................... 52 10.4 Impianto di pressurizzazione..................... 52 10.4.1 Decompressione........................ 53 10.5 Impianto di Condizionamento.................... 53 10.6 Impianti antighiaccio......................... 53 10.6.1 Metodi per lo sghiacciamento................ 54 Pagina 3 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 10.6.2 Strumenti per la rilevazione del ghiaccio.......... 54 10.7 Fonti energetiche di emergenza................... 55 10.8 Impianto ossigeno d’emergenza................... 55 10.9 Sistema anti-bloccaggio ruote.................... 56 10.10Sistemi per prevenire l’incendio dopo l’ atterraggio di emergenza 56 10.10.1 Inibitore esplosione nei serbatoi............... 57 10.11Sedili e arredi anti-crash....................... 57 10.12Procedure e sistemi per l’evacuazione................ 57 10.13Crash Recorders........................... 58 11 Strumenti per la Navigazione 59 11.1 Radioassistenze............................ 59 11.1.1 Corto/Medio raggio..................... 60 11.1.2 Lungo raggio......................... 60 11.1.3 GPS.............................. 61 11.2 Sistemi di assistenza all’atterraggio................. 61 11.3 Sistemi di Anticollisione....................... 61 11.3.1 GPWS............................. 61 11.3.2 TCAS............................. 62 11.3.3 Radar............................. 62 12 Servizi dell’ assistenza al volo 63 12.1 CNS.................................. 63 12.2 AIS.................................. 64 12.3 MET.................................. 64 12.4 SAR.................................. 64 12.5 ATS.................................. 64 12.5.1 ATC.............................. 65 12.5.2 FIS.............................. 66 12.5.3 ALRS............................. 66 12.5.4 Servizio consultivo...................... 66 13 Fasi di viaggio di un aereo 67 13.1 Pianificazione del volo........................ 67 13.2 Aereo al suolo............................. 67 13.3 Decollo................................ 69 13.4 Atterraggio.............................. 69 14 Spazi Aerei 70 14.1 Distinzione tra VFR e IFR..................... 70 14.2 Gli spazi aerei............................. 71 14.2.1 ATZ.............................. 72 14.2.2 CTR.............................. 72 14.2.3 CTA.............................. 72 14.2.4 TMA............................. 73 14.2.5 FIR e UIR.......................... 73 Pagina 4 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 15 Segnaletica Aeroportuale 74 15.1 Markings............................... 74 15.2 Segnaletica Area di Atterraggio................... 75 15.2.1 Identificazione pista..................... 75 15.2.2 Soglia di Pista........................ 75 15.2.3 Fine Pista........................... 75 15.2.4 Bordo pista.......................... 75 15.2.5 Asse Pista........................... 76 15.2.6 Zona di contatto....................... 76 15.2.7 Aiming Point......................... 76 15.2.8 Pista non utilizzabile..................... 76 15.2.9 Pista Chiusa......................... 76 15.3 Segnaletica area di manovra..................... 77 15.3.1 Centro delle vie di Rullaggio................ 77 15.3.2 Bordo delle vie di Rullaggio................. 77 15.3.3 Posizioni di attesa pista................... 77 15.3.4 Codice riferimento dell’aerodromo............. 78 15.3.5 Classificazione delle piste aeroportuali........... 78 15.3.6 Segnali di istruzioni obbligatorie.............. 78 15.3.7 Segnali di Informazione................... 78 15.3.8 Taxiway chiusa........................ 79 15.4 Segnaletica area di Movimento................... 79 15.4.1 Piazzali............................ 79 15.4.2 Piazzole............................ 79 15.4.3 Wind direction Indicator.................. 80 16 Aiuti visivi e luminosi 81 16.1 Introduzione.............................. 81 16.2 Aiuti Visivi Luminosi (AVL).................... 81 16.2.1 Modalità di utilizzo..................... 81 16.3 Indicatori di Pendenza di Avvicinamento.............. 82 16.3.1 T-VASIS e AT-VASIS.................... 82 16.3.2 PAPI e APAPI........................ 82 16.4 Sentieri Luminosi di Avvicinamento................ 82 16.4.1 Sentieri Luminosi CAT II e CAT III............ 82 16.5 Zone della Pista............................ 82 16.5.1 Soglia Pista.......................... 82 16.5.2 Luci di Bordo Pista..................... 83 16.5.3 Luci d’Asse Pista....................... 83 16.5.4 Luci della Zona di Contatto (TDZ)............. 83 16.5.5 Luci di Fine Pista...................... 83 16.5.6 Luci della Stopway...................... 83 16.6 Luci Fuorvianti e Pericolose..................... 83 16.7 Markers e Tipi di Luci........................ 84 16.7.1 Markers............................ 84 16.7.2 Tipi di Luci.......................... 84 Pagina 5 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 16.8 Sistemi di Guida alla Pista (Runway Lead-In)........... 84 16.9 Luci delle Taxiway e delle Piste................... 84 16.9.1 Luci delle Taxiway...................... 84 16.9.2 Luci delle Piste........................ 85 16.10Normative sull’Uso delle Luci.................... 85 17 Crashworthiness e birdstrike 86 17.1 Crashworthiness........................... 86 17.2 Birdstrike............................... 86 17.2.1 Misure ecologiche passive.................. 87 17.2.2 Misure attive......................... 87 18 Windshear 88 18.1 Downburst e Microburst....................... 88 18.2 Incontro con Windshear....................... 89 18.2.1 Indizi meteo.......................... 89 18.2.2 Rapporti FAA........................ 89 18.3 Sistemi di riconoscimento...................... 90 Pagina 6 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines CAPITOLO 1 INTRODUZIONE Definiamo con Fatalities le morti causate da incidenti mortali. L’aereo è con- siderato il mezzo più sicuro di tutti ma purtroppo ha ancora una percentuale (seppur minima) di fatalities ogni anno. Il trend è altalenante ma non costante, infatti ci sarà sempre un anno in cui degli incidenti catastrofici faranno au- mentare la percentuale. Ogni incidente aereo può avvenire in una specifica fase di volo come ad esempio : Take off ( decollo) Taxi ( muovendosi verso la pista ) Route (fase di crociera) Landing (atterraggio) La fase con più fatalities è sicuramente la route. I livelli di sicurezza nel tempo sono diventati sempre più alti e sono in continuo miglioramento. Sono compresi moltissimi fattori : Infrastrutture a terra ( aiuti visivi) Progettazione del veivolo Manutenzione Controllo di volo Capacità di prevedere il meteo Ovviamente si hanno dei costi per tenere un livello di sicurezza adeguato. In- fatti, già solo i controlli non distruttivi su ogni singolo componente sono molto costosi. Si eseguono questi tipi di controllo perché, essendo i componenti fatti da materiali compositi, i componenti possono presentare una rottura a fatica ovvero un decadimento strutturale dato dall’uso prolungato. Pagina 7 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines CAPITOLO 2 ENTI AERONAUTICI Gli enti aeronautici si dividono in : Internazionali Nazionali 2.1 Enti Internazionali Tra gli enti internazionali abbiamo : ICAO IATA EASA FAA EUROCONTROL NTSB 2.1.1 ICAO E’ un’agenzia autonoma delle Nazioni Unite incaricata di sviluppare i principi e le tecniche della navigazione aerea internazionale, delle rotte e degli aeroporti e promuovere la progettazione e lo sviluppo del trasporto aereo internazionale rendendolo più sicuro ed ordinato. L’ICAO ha sviluppato un sistema di codici per gli aeroporti e le compagnie aeree, 4 lettere per gli aeroporti e 3 lettere per le linee aeree. I suoi scopi principali sono : Pagina 8 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Assicurare lo sviluppo dell’aviazione civile, delle rotte aeree, degli aero- porti e degli aiuti alla navigazione aerea. Migliorare la sicurezza del volo Incoraggiare, a fini pacifici, le tecniche di costruzione e uso degli aerei. L’ICAO si occupa dell’emanazione e della diffusione di provvedimenti tecni- co/giuridici per l’introduzione e l’aggiornamento delle norme e delle procedure della navigazione aerea. Ad oggi, l’ICAO ha prodotto 19 allegati tecnici (An- nex ), i quali contengono: Standards, pratiche obbligatorie Reccomended, pratiche fortemente consigliate 2.1.2 IATA E’ un’organizzazione internazionale che riunisce 290 compagnie aeree e copre la maggioranza del traffico aereo mondiale. Oltre a ciò la IATA integra e coordina i servizi delle compagnie aeree e coopera con l’ICAO. La IATA permette alle linee aeree di disporre di facilitazioni per tutte le categorie di consumatori, e di armonizzare e standardizzare le proprie procedure in modo tale da ridurre i costi e rendere più agevole, per i clienti, il trasporto aereo. Parliamo quindi di standardizzazione del settore, di condizioni contrattuali di trasporto, di risoluzione delle problematiche finanziarie dei vettori. Il coordinamento tariffario è il contributo più importante che la IATA ha dato all’industria del trasporto aereo. La IATA unisce ed integra le varie reti di servizi delle compagnie associate permettendo, ad esempio, di poter con- trollare i prezzi e le disponibilità dei voli delle compagnie stesse anche da parte dei viaggiatori. Inoltre la IATA regola anche il trasporto di materiale pericoloso. 2.1.3 AESA L’ Agenzia Europea per la Sicurezza Aerea (AESA) è un’agenzia dell’Unione europea a cui sono stati attribuiti dei compiti specifici di carattere normativo ed esecutivo nel campo della sicurezza aerea. L’Agenzia è un protagonista chiave della strategia dell’Unione europea per costituire e mantenere un livello elevato ed uniforme di sicurezza dell’aviazione civile in Europa della sicurezza. Nell’ ambito normativo l’ EASA fornisce un servizio di consulenza tecnica alla Commissione europea, assistendola nella stesura dei regolamenti per la sicurezza aerea in vari settori e fornendo informazioni di carattere tecnico per la conclusione dei relativi accordi internazionali. Nell’ ambito esecutivo l’ EASA esegue certi compiti di carattere esecutivo Pagina 9 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines relativi alla sicurezza aerea, come la certificazione dei prodotti aeronautici e delle organizzazioni coinvolte nella loro progettazione, produzione e manutenzione. Infine, l’AESA adotta le Jar che sono delle norme (armo- nizzate con le Far statunitensi) che si occupano di : Aviazione Omologazione Prerequisiti 2.1.4 FAA La FAA è l ’Autorità Federale per l’Aviazione Civile U.S.A. Emette norme di riferimento (Far) inerenti il progetto, la costruzione, il collaudo e l’impiego della maggioranza di tipologie di velivoli nel mondo. Di fatto, come detto prima, è il riferimento normativo del mondo occidentale. 2.1.5 EUROCONTROL Eurocontrol è l’organizzazione europea per la sicurezza del traffico aereo, questo sviluppa, coordina e pianifica sia l’attuazione di strategie di gestione del traf- fico aereo pan/europee a breve, medio e lungo termine, sia i loro relativi piani d’azione. Le principali attività di Eurocontrol coprono l’intera gamma di operazioni di servizio e trasporto aereo - dalla gestione del flusso aereo, alla formazione dei controllori; dal controllo regionale dello spazio aereo allo sviluppo di tecnologie e procedure avanzate e a prova di sicurezza, alla raccolta di tasse aeroportuali. 2.1.6 NTSB Non è solo specializzato nella sicurezza aerea ma pure su quelli di altri mezzi di trasporto. E’ un ente Americano per le inchieste tecniche relative agli incidenti, lo scopo è quello di trovare il motivo dell’incidente, non il colpevole 2.2 Enti Nazionali Tra gli enti nazionali italiani, i principali per l’aviazione sono : ENAC ENAV ANSV Pagina 10 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 2.2.1 ENAC L’ENAC è l ’Ente Nazionale per l’Aviazione Civile ed è l’autorità di regolamen- tazione tecnica, certificazione, vigilanza e controllo nel settore dell’aviazione civile in Italia. L’ENAC si occupa dei molteplici aspetti della regolamentazione dell’aviazione civile, del controllo e vigilanza sull’applicazione delle norme adot- tate, della disciplina degli aspetti amministrativo-economici del sistema del trasporto aereo. L’ENAC si occupa del controllo della sicurezza, nelle accezioni di safety e di security, nel rispetto ed in applicazione della normativa inter- nazionale. L’ENAC ha tra i propri obiettivi la garanzia della qualità dei servizi resi all’utente e la tutela dei diritti del passeggero. Infatti, seguendo le indi- cazioni dell’Unione Europea, ha redatto la Carta dei Diritti del Passeggero e la Carta dei Servizi Standard aeroportuali. La Carta dei Diritti del Passeggero è un pratico vademecum che raccoglie, in un testo unico, le normative nazionali ed internazionali che tutelano i diritti dei passeggeri in caso di disservizi. La Carta dei Servizi, invece, definisce gli standard qualitativi minimi che de- vono essere osservati dagli operatori aeroportuali nei servizi forniti ai passeggeri. L’ENAC si dedica al rispetto ed alla tutela dell’ambiente e del territorio con attente valutazioni volte alla limitazione dell’impatto ambientale degli aeroporti ed alla riduzione dell’inquinamento acustico ed atmosferico prodotto dagli aeromobili. L’ENAC rappresenta l’Italia nelle maggiori organizzazioni in- ternazionali dell’aviazione civile, I’ICAO, I‘ECAC, I’EASA, Eurocontrol. Nell’ambito della sicurezza l’ENAC : Emette norme standard per progettazione, costruzione e manutenzione Rilascia certificati Fa ispezioni periodiche 2.2.2 ENAV L’ENAV garantisce la sicurezza della navigazione aerea a tutte le categorie di utenza e eroga servizi di controllo della circolazione aerea, di informazione al volo, consultivi e di allarme, di meteorologia e di climatologia, di informazione aeronautica, di radio-navigazione e di radio-diffusione. Cura lo studio e la ricerca sui sistemi di navigazione, il potenziamento degli impianti di assistenza al volo in correlazione anche alla realizzazione del piano generale dei trasporti e del piano generale degli aeroporti. Pagina 11 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Provvede alla formazione e all’addestramento di personale aeronautico specialis- tico interno od esterno, proprio o di terzi, ed al rilascio delle relative abilitazioni per il personale impiegato e infine, produce la cartografia aeronautica. 2.2.3 ANSV Ha sostanzialmente 2 compiti : 1. svolgere le inchieste tecniche relative agli incidenti ed agli inconve- nienti occorsi ad aeromobili dell’aviazione civile emanando, se necessario, le opportune raccomandazioni di sicurezza 2. svolgere un’attività di studio e di indagine al fine di favorire il miglio- ramento della sicurezza del volo. Ha quindi uno scopo di indagine e inchiesta tecnica e non normativo. Pagina 12 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines CAPITOLO 3 SECURITY E SAFETY Per safety si intende la sicurezza dal punto di vista della progettazione, della costruzione, della manutenzione e dell’esercizio degli aeromo- bili, nonché la valutazione dell’idoneità degli operatori aerei, del personale di volo, del personale tecnico e del personale addetto alla manutenzione. Per security si intende invece il complesso di misure e risorse volte a prevenire e contrastare atti di interferenza illecita nei confronti del sistema di aviazione civile (trasporto aereo ed aeroporti). Safety e Security rispondono allo stesso bisogno : La sicurezza 3.1 Security Un termine chiave nella security è sicuramente Interferenza Illecita che è l’azione di uno o più individui che facendo uso di armi, di violenza od altri mezzi illegali assumono, a terra o in volo, il controllo di un aeromobile e dei suoi occupanti. 3.1.1 Evoluzione degli attentati Nel corso del tempo, i terroristi hanno sempre cercato un nuovo modo per attaccare i luoghi più interessanti come vittime. Gli aeroporti e gli aerei in generale sono un loro obbiettivo ambito, Ecco e loro tendenze negli anni: Anni 1970 - 1980 : Dirottamento aeromobile e passeggeri da parte di persone armate a bordo. Anni 1980 - 2000 : Attentati con bombe nascoste nei bagagli o negli aeromobili Pagina 13 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 11 Settembre 2001: L’aeromobile stesso diventa una bomba. 3.1.2 Contromisure negli anni Le contromisure prese negli anni furono le seguenti : Regolazione dell’accesso automatico dei dipendenti ( incidente del 1989 ) Norme di sicurezza aeroportuale, rivedere i protocolli di sicurezza, EDS systems (Rivelatori di esplosivi) che vennero però usato solo dopo l’11 settembre Non vengono ammessi nel bagaglio a mano liquidi quali bagnoschiuma, gel, profumi, creme e bibite a meno che non siano contenuti in recipi- enti trasparenti con una capacità massima di 10 cl. Inoltre, si aggiunse l’obbligo di togliere dal bagaglio a mano dispositivi elettronici come tablet o pc, rilevatori di esplosivi e vennero introdotti col tempo in tutti gli aero- porti anche i body scanner. Vengono banditi coltelli, coltellini, forbici. Sistema di chiusura della cabina di pilotaggio : – Unlock : per far entrare qualcuno – Norm : per entrare devi avere il codice – Lock : prevede una chiusura da dentro di 20 minuti, in cui non si può accedere alla cabina di pilotaggio in alcun modo 3.1.3 Quadro Normativo L’International Civil Aviation Organization (ICAO) ha redatto l’annesso 17 (marzo 1974) per la protezione dell’Aviazione Civile Internazionale da atti di interferenza illecita. L’annesso 17 detta le norme e le raccomandazioni per la difesa dell’Aviazione civile internazionale da una serie di potenziali comporta- menti delittuosi, imponendo la predisposizione di programmi e procedure tali da garantire al trasporto aereo un livello standard di sicurezza in condizioni di normalità. Gli standard e le pratiche presenti nell’annesso 17 devono essere recepiti obbligatoriamente da tutti gli Stati membri. Nello specifico, alcuni dei contenuti dell’ Annex 17 sono : I controlli su passeggeri, equipaggi, bagagli, merci e posta Le modalità di gestione delle situazioni di emergenza le misure di prevenzione degli atti illeciti Pagina 14 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 3.2 La Safety La regolamentazione può essere adeguata dalle conclusioni delle inchieste rel- ative (FACTOR Follow-up ACTion on Occurrence ReportANSV) ad incidenti ed inconvenienti aeronautici. L’ICAO regola la safety negli annessi 6, 11 e 14 e obbliga gli stati membri: A elaborare uno State safety programme (obiettivo: livello di sicurezza prefissato) A elaborare un Safety Management System, rivolto alle organizzazioni op- eranti nel settore dell’aviazione civile (operatori aerei, gestori aeroportuali, prestatori di servizi alla navigazione aerea). 3.2.1 Obbiettivi Gli obbiettivi della safety sono : Ridurre la possibilità di danni a persone o cose ad un livello accettabile per mezzo di un continuo processo di identificazione dei pericoli e di gestione del rischio. Ovvero, un sistema è sicuro se i rischi e gli errori operativi vengono man- tenuti sotto un ragionevole grado di controllo. Ovvero, prevenire incidenti, inconvenienti, rischi, situazioni pericolose. 3.2.2 Andamento storico Anni 20 : L’aviazione commerciale nacque dopo la I guerra mondiale. Contestualmente, nacquero le prime norme di sicurezza in ambito US Air Mail, ad esempio: norme sull’esperienza dei piloti, il training, la manuten- zione e la certificazione. Anni 30 : Le norme di sicurezza divennero più rigide, ad esempio: Limite massimo di ore di pilotaggio annuale (1000 ore), mensile (100 ore), set- timanale (30 ore), giornaliero (8 ore). Risalgono a quel periodo le prime norme sulla composizione degli equipaggi, gli standard per le scuole di volo, procedure di decollo e atterraggio, restrizioni meteo. Anni 40-50 : Nascono i veicoli pressurizzati e i motori a getto. Nascono delle norme sui certificati e sul personale più anche gli standard minimo di progettazione e di performance. Anni 60 : Nasce la NTSB Anni 70 - 90 : Fino agli anni 70, l’interesse principale della safety era dal punto di vista tecnico, in quanto fino a quegli anni l’innovazione tecnica non era cosı̀ tanto avanzata. Tuttavia, post anni 70, si iniziò a Pagina 15 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines concentrarsi più sul Fattore umano nel tentativo di tenere sotto controllo errore umano. Ciò capitò in quanto ormai le tecnologie erano avanzate e potevano portare ad un errore più di carattere psicologico. 3.3 Human Factor I Fattori Umani rappresentano la disciplina che si occupa dell’analisi e dell’ottimizzazione delle relazioni tra le persone e le loro attività, integrando le scienze umane e l’ingegneria in applicazioni sistemiche e prendendo in considerazione gli aspetti cognitivi e socio-tecnici dei contesti lavorativi. 3.4 L’Errore Umano L’errore umano è definito come il fallimento nel raggiungere l’obiettivo desider- ato di azioni pianificate, senza l’intervento di eventi esterni imprevisti. Lo stu- dio della sicurezza coinvolge fortemente gli errori umani e le loro possibili con- seguenze. Gli errori, nel dettaglio si classificano in 2 gruppi : Classificazioni Temporali : errori latenti e attivi Classificazioni Esecutive : errori di omissione, commissione, slips, mis- takes 3.4.1 Classificazioni Temporali In un’ottica di analisi di sicurezza, si possono considerare tre classi di interazioni umane: 1. le interazioni precedenti l’evento iniziatore di una sequenza incidentale, sono causate da : Una Manutenzione fatta male che provoca una Failure, ovvero un danno latente che non può essere mai rilevato. Queste non hanno un effetto immediato, ma vengono rilevati solo quando una richiesta di attivazione viene fatta dall’operatore o dal sistema di emergenza. Vengono chiamati errori latenti Management, ovvero le decisioni della compagnia aerea, ad esempio mettere una pressione psicologica per le ore di servizio 2. le interazioni relative al funzionamento dell’impianto in condizioni nor- mali: Errori che, se commessi durante la gestione normale, portano all’arresto dell’impianto, ovvero generano condizioni di pericolo, dando origine a tran- sitori e condizioni di non-conformità. Si tratta in questo caso di errori Pagina 16 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines attivi, i quali vengono associati alle operazioni di gestione e controllo di impianto 3. le interazioni connesse con l’evento incidentale stesso: Azioni e decisioni prese dagli operatori in risposta a certe combinazioni di malfunzionamenti di componenti. Infatti ci sono : Procedure operazionali di emergenza (“Emergency Operating Proce- dures”, EOP) Procedure operazionali anormali (“Abnormal Operating Procedures”, AOP)(Per affrontare situazioni critiche) Procedure funzionali di normalizzazione (“Functional Restoration Pro- cedures”, FRP) (Per uscire dalla situazione critica) Anche se tali azioni sono indirizzate ad avere un effetto positivo sull’impianto, è pur sempre possibile che queste non vengano effettuate in maniera corretta. Per riassumere i concetti di Attivo e latente diciamo : Errori attivi sono errori commessi da operatori in prima linea, cioè dagli attori primari nel processo di controllo di un sistema, i quali risultano immediatamente visibili nell’evoluzione di un incidente. Errori latenti sono errori commessi ad alti livelli in seno ad un’organizzazione, ovvero in condizioni remote o distanti dal processo attivo di controllo, come, ad esempio, durante la manutenzione Mentre gli errori attivi sono immediatamente identificabili e si manifestano in un contesto incidentale e di evento di non-conformità, gli errori latenti sono, per loro natura, nascosti ed insiti nel sistema, e pertanto complessi e difficili da scoprire in prima battuta. Questi ultimi vengono definiti anche come “elementi patogeni” di un evento incidentale. La suddivisione tra tipologie di errori attivi e latenti riguarda la temporalità e la natura degli errori. 3.4.2 Classificazioni Esecutive Un’altra possibile suddivisione di diverse tipologie di errore riguarda la modalità esecutiva con cui gli errori possono essere commessi. Solitamente, in analisi semplici di rischio, le interazioni uomo-macchina sono rappresentate tramite stati binari logici (0 per Vero e 1 per Falso) , successo/insuccesso, e gli errori umani vengono modellati come: mancate esecuzioni o errori di omissione delle azioni previste dalle proce- dure azioni inappropriate specifiche derivanti da errori di rappresentazione o da ragionamenti sbagliati oppure da diagnosi errate. Questi ul- timi vengono identificati come errori di commissione e sono sempre più importanti nello studio dei fattori umani in analisi di rischio. Pagina 17 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Più nello specifico le tipologie di errori esecutivi sono 4 : 1. Slips: Sono associati a sviste, dimenticanze o errori dovuti a mancanze di attenzione o percezione, e risultano in azioni osservabili non appropriate 2. Lapses: Sono eventi cognitivi che normalmente coinvolgono una mancanza di memoria. 3. Mistakes: Sono errori commessi ad alto livello cognitivo, che coinvolgono un processo che dipende dalle informazioni percepite, dalla pianificazione, dal giudizio e dalla formulazione di intenzioni. 4. Violations: Sono deviazioni dalle pratiche operative, da standards e regole di sicurezza. 3.4.3 Fattori che influenzano l’errore I fattori principali che influenzano l’errore sono : Processo decisionale: Problem Setting and Solving, Decision Mak- ing. Ovvero, interazione tra percezione, apprendimento e memoria Pratica dell’azione: abilità acquisite, regole procedurali, conoscenze specifiche. Situational Awareness: Essere cosciente di ciò che è accaduto, ciò che sta succedendo e ciò che accadrà. Tipiche fonti di errore: Fare le cose a memoria Fare più cose contemporaneamente Essere soggetto ad una pressione psicologica 3.4.4 Situational Awareness Questo termine indica la consapevolezza della situazione e pertanto significa : Capire ciò che è accaduto e ciò che accadrà Interpretare i segnali e capirne i problemi Percepire in tempo il pericolo La maggior parte degli incidenti scaturisce da una serie di decisioni sbagliate, ognuna delle quali non fa che aumentare la probabilità di sbagliare ancora, in quanto ciascun errore aumenta il carico di lavoro di chi è costretto a porvi rimedio, fino alla crisi del sistema. I fattori che la influenzano negativamente possono essere : Pagina 18 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Distrazioni Troppa famigliarità Calo dell’attenzione Attenzione concentrata su una cosa singola Numero eccessivo di compiti da svolgere 3.5 Conseguenze dell’errore Incident: qualsiasi evento associato alle operazioni di un aeromobile che incide o potrebbe incidere sul livello atteso di sicurezza. Accident: incidente che causa morti o feriti gravi, danno sostanziale dell’aeromobile, aeromobile disperso o inaccessibile. 3.6 Approccio sistemico L’approccio sistemico accetta come dato di fatto la fallibilità umana, e lavora alla creazione di un ambiente (culturale, tecnico e organizzativo) meno vulnerabile all’errore e più sicuro. L’attività orientata alla sicurezza è concepita come una serie di barriere protettive che si frappongono tra l’errore e l’incidente. 3.7 Crew Resource Management Il CRM (introdotto nel 1980) tra le altre cose insegna ai piloti come migliorare la comunicazione, come scegliere la priorità delle azioni, come delegare autorità e come monitorare equipaggiamenti automatici. Dal 2001 è obbligatorio per tutti gli operatori aerei (esclusi i charter). L’addestramento CRM è obbligatorio per tutto il personale di volo. Il CRM è un mezzo per gestire l’errore. Ovvero un sistema di contromisure a tre linee di difesa: 1. Evitare l’errore 2. Bloccare l’errore incipiente prima che si verifichi 3. Mitigare le conseguenze degli errori intervenuti e non bloccati Pagina 19 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines CAPITOLO 4 ANALISI DI SICUREZZA E DEL RISCHIO 4.1 Definizioni 4.1.1 Sistema Per sistema intendiamo l’insieme composto, a qualsiasi livello di complessità, da personale, procedure, materiali, strumenti, componenti, strutture e processi di controllo. Gli elementi di un sistema interagiscono sinergicamente nell’ambiente operativo gestionale per l’implementazione di compiti definiti o per il raggiungimento di prodotti specifici, ovvero per supportare ed im- plementare i requisiti di una missione. 4.1.2 La sicurezza sistemica La sicurezza sistemica può essere definita come l’insieme delle misure messe in atto per garantire e proteggere gli esseri umani, che lavorano negli impianti e a contatto con essi, l’ambiente ed i sistemi tecnici stessi. La sicurezza comporta tre fasi correlate di interventi: 1. La prevenzione di pericoli 2. Il controllo delle situazioni quando certi pericoli si manifestano co- munque 3. Il contenimento delle conseguenze, quando né prevenzione né controllo sono stati efficaci. In un sistema aeronautico possiamo distinguere 2 fasi : 1. Preliminare, in cui si hanno : Progetto Pagina 20 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Analisi della sicurezza Training 2. Vita operativa, in cui si può avere : Audit sicurezza Report e raccolta dati Incidente Con il verificarsi dell’incidente, si attuano delle modifiche al progetto e si riprende la vita operativa. 4.2 Analisi della sicurezza L’analisi della sicurezza si può fare con 2 metodi diversi : 1. Deterministico 2. Probabilistico 4.2.1 Metodo deterministico Nel metodo deterministico abbiamo 4 strumenti : 1. Usare dei modelli fisici-matematici con dei parametri 2. Inserire i modelli e i parametri in metodi numerici e simulazioni 3. Prevedere il worst-case scenario e basarsi su quello 4. Visualizzare la situazione nel contorno e le condizioni iniziali Possiamo dire che l’analisi deterministica suppone di avere tutti i dati necessari per avviare un analisi. In questo modo è possibile analizzare la risposta del sistema, date condizioni iniziali ed al contorno, legate al massimo incidente credibile. I criteri ingegneristici che vengono usati nel definire tali condizioni iniziali ed al contorno sono basati sull’esperienza e l’abilità dell’analista. 4.2.2 Metodo Probabilistico L’analisi di sicurezza probabilistica ha come obbiettivo l’identificazione delle frequenze o probabilità di occorrenza delle conseguenze derivanti : Da uno spettro di possibili eventi iniziatori Dai transitori dipendenti da tali eventi iniziatori Dai possibili guasti e malfunzionamenti (Failures ) , che rendono indisponi- bili componenti e sotto-sistemi in gioco, o che si verificano nel corso dell’evento incidentale stesso. Pagina 21 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Il calcolo delle frequenze ϕ o probabilità di occorrenza delle conseguenze richiede l’applicazione di modelli statistici per combinare le probabilità di malfunziona- mento dei sistemi e per la propagazione delle incertezze associate alle probabilità stesse. In un certo senso attraverso la probabilità di occorrenza e considerando le incertezze possiamo capire fin dove ci si può spingere per arrivare ad un ipotetica situazione di un worst-case scenario. 4.2.3 Considerazioni sui 2 metodi Possiamo dire, in un certo senso che l’analisi probabilistica non è altro che un es- tensione del metodo deterministico. L’uso dei modelli è identico, dobbiamo per forza di cose ricondurci in entrambi i casi ad un modello fisico. Più che altro le probabilità coprono quelle incertezze dei parametri nei modelli determinis- tici. In questo senso si può affermare che l’analisi probabilistica di sicurezza rappresenta un’estensione dell’analisi deterministica, che permette di tenere in considerazione le incertezze. Inoltre, dato che questa metodologia considera, di fatto, l’effetto combinato dell’evoluzione fisica e del comportamento logico dei sistemi, essa viene comunemente riferita come analisi sistemica di sicurezza. 4.3 Barriere di sicurezza Lo studio delle conseguenze di una catena incidentale implica la valutazione delle misure di sicurezza adottate per proteggere, gli esseri umani coinvolti, l’ambiente ed il sistema tecnico, e per limitare i danni in caso di incidente. Per barriera, difesa o salvaguardia si intende una misura sviluppata ed adottata da un’organizzazione con l’intento di creare percezione, comprensione, protezione, contenimento ed identificazione di possibili vie di recupero e/o di fuga di fronte a pericoli o situazioni incidentali. 4.3.1 Barriere consequenziali e casuali Per barriere consequenziali intendiamo quelle barriere che servono a limitare le conseguenze di una sequenza incidentale appena sviluppata Per barriere casuali intendiamo quelle barriere che diminuisco la probabilità di sviluppo di una sequenza incidentale. 4.3.2 Tipi di barriere Le barriere si dividono in 4 categorie : 1. Fisiche, che rappresentano un ostacolo fisico (come porte, binari, filtri) 2. Funzionali, che dipendono da un sistema trigger-risposta, ovvero che si attivano solamente in base ad una situazione particolare ( Ground prox- imity warning, inizia quando siamo troppo vicini al terreno) Pagina 22 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 3. Simboliche, che sono rappresentate da simboli e identificano un pericolo Quello che facciamo è di riconoscere il simbolo e interpretare ciò che ci sta dicendo. 4. Immateriali, ci vuole un alto livello cognitivo perchè sono da interpretare (leggi, codici) 4.4 Metodologie per la quantificazione del ris- chio La quantificazione del rischio si ottiene attraverso: Analisi preliminare dei pericoli (Preliminary Hazard Analysis) Analisi di rischio del sistema (System Hazard Analysis) Implementazione delle misure di sicurezza (Quality assurance and Train- ing) L’insieme dei metodi e tecniche applicate nelle tre fasi suddette porta alla definizione quantitativa globale del rischio di impianto e si identifica con la metodologia nota come “Quantitative Risk Assessment” (QRA) o “Probabilis- tic Safety Assessment” (PSA). La complessità intrinseca della QRA ha portato allo sviluppo di una metodologia più semplice: l’ Analisi Funzionale di Sicurezza (Functional Safety). La FS definisce il grado di affidabilità delle principali mis- ure di sicurezza o di alcune funzioni importanti facenti parte dell’intero sistema. È un metodo locale in quanto si focalizza su un singolo componente alla volta. 4.4.1 Analisi preliminare dei pericoli Si definiscono pericoli le condizioni del sistema che possono causare ferite o morte, rottura o distruzione di materiale, ovvero danno all’ambiente. L’analisi preliminare si articola in : identificazione delle aree critiche di un sistema nella definizione del rischio ad esse associato nella formulazione preliminare dei criteri di progetto dei sistemi di pro- tezione e sicurezza. L’analisi richiede immaginazione, esperienza e conoscenza da parte dell’analista. La PHA è un passo qualitativo nel processo di analisi sistemica del rischio. Passi fondamentali: Suddivisione del sistema in sotto-sistemi più semplici Preparazione di una tabella per ogni sotto-sistema Pagina 23 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 4.4.2 Analisi di rischio del sistema Si quantifica (operazione di tipo quantitativo) il rischio associando probabilità e conseguenze e si concentrano le analisi sulle sequenze incidentali. Si utilizzano 2 metodi principali : 1. Albero di evento (ETA) : si parte dall’inizio e si osserva l’evoluzione delle possibili sequenze incidentali. Si associa un valore di successo/insucesso (binario). Questo processo è puramente induttivo e viene principalmente usato nella progettazione 2. L’albero dei guasti (FTA) : analizza le cause dei malfunzionamenti ipo- tizzati negli ETA. Si sviluppa a ritroso nel tempo per cui è un processo deduttivo. Identificato l’evento TOP si cercano le cause immediate. Viene usato nelle investigazioni per gli incidenti Infine, vi è un ultimo metodo che è un unione dei 2 precedenti che prende il nome di FMECA, questo definisce gli effetti dei modi di guasto e la criticità per ogni componente del sistema. Tutte le informazioni sui componenti vengono tabulate. 4.4.3 Implementazione misure di sicurezza In questa fase vengono implementate le misure di sicurezza dopo la valutazione quantitativa dei rischi e la loro accettabilità. Si tratta di certificazione dei materiali e sistemi e nella formazione del personale. 4.5 Tipologie di analisi di sicurezza Ce ne sono 2 tipi : 1. Analisi Prospettica, si procede ad anticipare delle possibili sequenza inci- dentali 2. Analisi Retrospettiva, si esegue dopo un incidente o una situazione inci- dentale e si prova a dare una spiegazione/cause per l’avvenimento. Solita- mente, per gli incidenti più gravi ha una disponibilità di dati molto bassa. I 2 metodi condividono sicuramente : 1. I dati e i parametri su cui devono svolgere indagini/simulazioni 2. I modelli e le teorie fisiche per descrivere la situazione/l’intorno che stu- diano 4.6 Analisi retrospettiva Più nello specifico, nell’analisi retrospettiva vi è l’obbligo di scrivere in un rap- porto gli eventi incidentali, ovvero un Mor (Mandatory occurence reporting). Pagina 24 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 4.6.1 MOR Gli eventi analizzati sono quelli per i quali è obbligatorio un rapporto scritto, cioè il MOR, Mandatory Occurrence Reporting. L’Allegato 13 ICAO stabilisce le modalità delle indagini tecniche. Più MOR si hanno, più sono ricchi i database e più gli analisti possono studiarli per trovare le soluzioni; quindi, si invita a riportare qualsiasi evento, anche quelli non obbligatori. Occorrenza: è definita come l’”incidente o inconveniente” nella sua glob- alità. Evento: è un fatto tale da indurre il sistema ad evolvere da uno stato “A” ad uno stato “B” che non sono condizioni di esercizio normali. I report forniscono informazioni strutturate e formali e descrizioni soggettive di ciò che si è osservato. Gli eventi vengono identificati dall’analista e non dal testimone. Tra le caratteristiche di un’indagine retrospettiva vi è una molto importante che è la logica dell’occorrenza. 4.6.2 Logica dell’occorrenza La Struttura logica temporale di un’ Occorrenza è La logica con cui si strutturano gli eventi è di solito una sequenza temporale, che si genera identificando la dinamica con cui questi si sono succeduti. Ciò fornisce il quadro generale della sequenzialità e dipendenza tra gli eventi stessi. I 4 passi per lo studio di essa sono : 1. Individuazione degli Eventi, Individuare un occorrenza tramite la comuni- cazione di un testimone 2. Event Time Line, Dopo aver individuato gli eventi si stabilisce una ETL, Event Time Line, decidendo l’ordine cronologico e individuando gli eventi iniziatori e le semplici conseguenze. 3. Eventi positivi ed Eventi negativi : L’evento Negativo rappresenta la manifestazione di una carenza o malfunzionamento. Può essere di natura tecnica, umana o ambien- tale. L’evento Positivo è quello che accade durante la catena incidentale e la ferma/mitiga. È considerato più importante dell’evento negativo. Pagina 25 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines CAPITOLO 5 SAFETY MANAGEMENT SYSTEM Il Safety Management System (SMS) è un sistema di gestione della sicurezza è composto da un insieme coordinato di processi che integrano le operazioni e le attività tecniche e finanziarie con la gestione delle risorse umane, al fine di orientare l’organizzazione verso la riduzione dei rischi e la continua garanzia della sicurezza delle operazioni. Il Safety Management System è la forma più completa ed integrata dell’approccio alla sicurezza messo in atto in un’organizzazione nei confronti della preven- zione, gestione e contenimento di occorrenze negative, eventi di pericolo, non- conformità e incidenti che si possono verificare nella vita e nei processi produttivi di un sistema. 5.1 Parti costituenti E’ suddiviso in 4 parti costituenti di cui 2 operative e le altre 2 organizzative. Le 2 organizzative sono : 1. Politica di Sicurezza e obiettivi : impegno del management, nomina del Safety manager e coordinamento dei piani di emergenza. La gestione delle emergenze è una parte importante del SMS e si attua nel dopo inci- dente 2. Promozione della Sicurezza: formazione e istruzione e comunicazioni di sicurezza Mentre le 2 operative : 1. Analisi e Gestione del Rischio: identificazione dei pericoli, valutazioni quantitative e sviluppo di misure di mitigazione (quando vi è la necessità) Pagina 26 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 2. Valutazione dei Pericoli : monitoraggio delle prestazioni, gestione del cam- biamento e miglioramento continuo della sicurezza (operazione continua- tiva) 5.2 Approcci Operativi Gli approcci operativi principali di un SMS prevedono l’applicazione di metodolo- gie e tecniche ampiamente consolidate e già applicate in molti domini tecnologici avanzati quali, ad esempio, la produzione di energia, il trattamento di prodotti chimici e gli impianti di processo. I 4 principali approcci sono : 1. Analisi prospettiche di sicurezza 2. Analisi restroprospettiche di sicurezza 3. Audit di sicurezza 4. Gestione delle emergenze I primi 2, lavorando sinergicamente, si occupano di creare la Matrice di Ris- chioAttraverso la MdR si ha una visione immediata, sintetica e globale del livello di sicurezza nel quale ci si trova, date le occorrenze pregresse (analisi ret- rospettive), o ci si viene a trovare, data l’implementazione di determinate misure di sicurezza pianificate per contenere certi pericoli previsti (analisi prospettiche). L’audit di sicurezza ha come obiettivo primario la stima della conformità esistente in un’organizzazione rispetto alle norme e standard di sicurezza e ai livelli attesi e valutati in sede di progetto. Questo è l’unico momento in cui il safety manager e il quality manager lavorano insieme. La gestione delle emergenze è un capitolo molto specifico, a sé stante, del sis- tema SMS, che si concentra sulla gestione del “dopo-incidente” più che sugli aspetti peculiari della gestione della sicurezza, cioè la prevenzione, recupero della normalità o il contenimento delle conseguenze. 5.3 Analisi retrospettiva in ottica SMS Immaginando che i MORs siano già stati analizzati ed immessi in database, il passo successivo è l’utilizzo di metodi analitici per valutare i livelli di sicurezza del sistema. Esistono 4 tipi di analisi che possono essere integrati ai dati raccolti dai MORs: 1. Interrogazioni standard : L’analista di sicurezza è in grado di avere infor- mazioni su determinati eventi andando a selezionare, tramite un’interfaccia, l’evento stesso. Le informazioni fornite si riferiscono a periodi di tempo definiti, cosı̀ come le relative statistiche Pagina 27 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 2. Key performance idicator : Questi indici sono periodicamente calco- lati e monitorati al fine di definire gli obbiettivi aziendali da perseguire in termini di sicurezza. Gli indici sono calcolati come il rapporto tra eventi e un indice di riferimento (numero di decolli o movimenti o ore di volo). 3. Similarità : Proporre occorrenze simili a quella che si sta analizzando : Parametro di riferimento (ad esempio lo stesso veivolo) Evento 4. Valutazione dei rischi : L’obbiettivo dello strumento di analisi del rischio è quello di fornire una valutazione del livello del rischio derivante dallo studio di una singola Occorrenza e dei suoi Eventi. Sono fondamentali a questo fine le definizioni di frequenza e severità associate ad Eventi ed Occorrenze. 5.4 Valutazione del rischio di Evento ed Occor- renza Calcolo del rischio Il rischio si rappresenta mediante il prodotto della severità delle con- seguenze (C) di uno specifico incidente e della sua probabilità/frequenza (ϕ): R=C ·ϕ (5.1) Attraverso le analisi retrospettive, l’identificazione del rischio richiede i passi seguenti: Sviluppo dell’ ‘Event Time Line’ Assegnazione della severità di ogni Evento Valutazione della frequenza di avvenimento di ogni evento Valutazione della severità dell’occorrenza Valutazione del rischio di ogni evento componente l’occorrenza 5.4.1 Severità La severità effettiva dell’evento è funzione della criticità o severità assoluta dell’evento e di alcuni fattori dipendenti dal contesto in cui l’evento si manifesta. La severità assoluta deve essere assegnata a-priori e deve essere universalmente accettata dalle autorità preposte alla sicurezza (es: ENAC). Pagina 28 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 5.4.2 Frequenza Calcolo della Frequenza La probabilità, o frequenza, ϕ(α) che un Evento indesiderato α si verifichi è calcolata in termini di rapporto come: Na ϕ(α) = (5.2) Nt Con : Na numero di eventi durante il periodo di osservazione Nt : numero di riferimento (es. numero di totale ore di volo, nr. Totale di interventi di manutenzione, nr. Di movimenti di aeromo- bili a terra) 5.4.3 Valutazione della severità di occorrenza La severità di occorrenza deve tener conto degli eventi negativi e positivi. Gli eventi positivi sono considerati in termini di riduzione del rischio e sono associati all’intervento delle barriere causali. Pagina 29 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines CAPITOLO 6 PARTI PRINCIPALI DI UN VELIVOLO Un velivolo viene classificato principalmente per la sua funzione : 1. Velivolo civile 2. Velivolo militare Di seguito per ogni sua funzione possiamo avere delle sotto categorie. Ogni aereo è sicuramente composto da delle parti fondamentali che lo descrivono e lo differenziano da altri aerei : 1. L’ala 2. La fusoliera 3. L’attacco ala-fusoliera Ognuno di questi componenti principali è formato internamente da altri pezzi. 6.1 Ala Gli aerei si suddividono per 2 criteri: 1. Per la posizione delle ali rispetto alla fusoliera 2. Per i longheroni Riguardante il primo criterio possiamo avere 3 tipi di ali differenti: 1. Ala a sbalzo, anche detta cantiliver che è costituita solamente dall’insieme delle 2 ali.E’ l’ala più diffusa in quanto garantisce un ottima aerodinam- icità. In base a dove è posizionato rispetto alla fusoliera può essere: Pagina 30 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Alto Basso 2. Ala controventata, costituita dall’asse delle 2 ali e 2 tiranti che partono dalla fusoliera e si ricongiungono con le 2 ali. Questo tipo di aereo è poco aerodinamico e viene usato principalmente negli acquaplani, velivoli in cui L’Aerodinamicità non è troppo importante. 3. Ali a Strutture reticolari, si parte dall’ala controventata e si aggiunge un altro asse, opposto alle ali, da cui i tiranti partono. E’ molto poco aerod- inamica. Il secondo criterio, ovvero per i longheroni si classifica in 2 voci : 1. Monospar, un longherone per ala 2. Mutispar, più di un longherone per ala 6.1.1 I Longheroni I longheroni (anche detti spars) sono i componenti principali dell’ala, e sono costruiti in alluminio o materiali compositi. La sezione più comune è quella a I o doppia T: le parti orizzontali sono le solette( spar caps), mentre la parte verticale è l’anima, (web). I longheroni sono spesso due : Per accogliere serbatoi e carrello Per avere ridondanza e meno stress strutturale 6.1.2 Le Centine Le Centine, o anche chiamate ribs, Definiscono la forma dell’ala e trasmet- tono i carichi dalla skin ai longheroni a cui sono perpendicolari. Le ribs risolvono alcuni tipi di sollecitazione.Di solito sono in alluminio o composito. Vengono installate delle centine di forza in corrispondenza dei carichi con- centrati (piloni dei motori) per redistribuirli. Nel loro piano sono considerate infinitamente rigide. Oltre ai carichi aerodinamici devono sostenere: Carichi d’inerzia Carichi di compressione 6.1.3 Il Rivestimento Il rivestimento, anche detto skin, è fatto dello stesso materiale con pannelli integrali spessi 4-10 mm, ma in alcune parti possono essere utilizzati dei pannelli sandwich a nido d’ape, honeycomb, il cui obiettivo è distanziare le superfici aumentando i momenti d’inerzia. Copre anche i correnti che sono installati lungo la lunghezza dell’ala. Deve resistere a: Pagina 31 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Carichi aerodinamici Agenti atmosferici 6.2 Le sollecitazioni e i carichi di un ala La trave a sbalzo, che identifichiamo con la trave che strutturalmente è composta dalle ali è sollecitata a : 1. Flessione, momento flettente 2. Torsione, momento di rotazione 3. Taglio 6.2.1 Le sollecitazioni di un ala Nell’ala, le componenti che assorbono queste sollecitazioni sono : 1. Flessione : Solette dei Longheroni Correnti Rivestimento 2. Torsione : La wing Box, ovvero il cassone alare 3. Taglio : L’Anima dei longheroni le Centine il Rivestimento 6.2.2 I carichi di un ala Il carico principale di un ala è sicuramente quello aerodinamico, tuttavia possiamo anche avere : Carichi di massa (peso proprio, serbatoi, motori) Carichi interni (serbatoi) Carichi di carrello Carichi dai bordi di attacco e di fuga dell’ala Pagina 32 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Carico totale agente sull’ala Definiti: 1. P come peso del veivolo 2. Flim come fattore di carico limite 3. Fs come fattore di sicurezza Per un dimensionamento preliminare, si può assumere il carico totale agente, Ctot , sull’ala pari al: Ctot = P × Flim × Fs (6.1) Il peso del rivestimento arriva al 70 % del peso complessivo: 1. la skin inferiore è caricata a trazione e richiede accorgimenti contro la fatica 2. la skin superiore è compressa e richiede l’analisi del buckling (insta- bilità) della struttura 6.2.3 Buckling L’instabilità dovuta ad un carico assiale di compressione agente su un’asta o su un pannello può generare un improvviso collasso anche chiamato collasso dovuto ad instabilità elastica. Nel caso delle travi, ad esempio, è altamente difficile che lo sforzo di compressione solleciti l’asta con uno sforzo normale puro. Infatti, l’asse di applicazione della sollecitazione non coinciderà con l’asse baricentrico della sezione generando un momento flettente. Una struttura snella, ricevendo sollecitazioni di questo tipo, tende ad incurvarsi fino al punto di rottura ed a collassare. Tra l’altro questa operazione non avviene subito e avviene con l’oggetto che si piega fuori dal piano. Manco a dirlo, un oggetto soggetto al buckling diventa inutile a livello strutturale 6.2.4 La catena di carico La catena di carico è la seguente: il rivestimento trasferisce il carico alle cen- tine le quali lo trasferiscono alle anime proporzionalmente alla loro rigidezza. I componenti principali sono: Una o più anime per gli sforzi di taglio Una coppia di solette o correnti per la flessione Le solette devono essere distanziate il più possibile per aumentare la rigidezza flessionale e presentano spessore e dimensione in pianta decrescente lungo l’apertura. Inoltre ci sono delle aggiunte per evitare che il danno si espanda Pagina 33 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines in tutto il pezzo. Ad esempio, per i longherono esistono delle solette poste ad 1 3 di tutto il longherone che vengono chiamate Fail safe crock stopper, queste agiscono al fine di avere ancora 32 del longherone agibile e funzionante 6.3 La fusoliera Ne esistono di tantissimi tipi, i 3 principali sono : 1. Fusoliera a traliccio : Soluzione usata per aeroplani leggeri e monomotore Il rivestimento è solitamente in tessuto e ha solo compiti di forma Materiali: alluminio o acciaio 2. Fusoliera a guscio : Il rivestimento deve resistere ai carichi principali Criticità: tende ad essere piuttosto pesante 3. Semi guscio rinforzato: Il rivestimento è rinforzato da elementi trasversali, longheroni e stringers Vantaggi: strutture più leggere, maggiore resistenza ai danneg- giamenti, possibilità di costruire fusoliere con più sezioni La fusoliera ha una triplice funzionalità : 1. Ospitare la cabina di pilotaggio 2. Carico Utile ed eventuale apparato propulsore 3. Collegare l’ala agli organi di stabilizzazione e di governo dell’ala Se assume solo alla prima funzione è chiamata carlinga, nel terzo caso trave di coda. 6.3.1 I carichi di una fusoliera I carichi principali su una fusoliera sono : 1. Carichi aerodinamici 2. Carichi dei motori se installati nella fusoliera 3. Carichi di manovra 4. Carichi di pressurizzazione 5. carichi di atterraggio e rullaggio 6. Carichi di fatica 7. Carichi da brid strike Pagina 34 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 6.3.2 Le configurazioni di una fusoliera le configurazioni di una fusoliera dipendono da 2 fattori: 1. La forma esterna che a sua volta dipende : Dall’aerodinamicità/ resistenza strutturale voluta Dal carico pagante 2. Dalla sezione che è dettata dal numero di file. Ne abbiamo principal- mente 2 : (a) Narrow body, a doppio lobo (b) Wide body, che è circolare 6.3.3 Pressure bulkhead La fusoliera termina con un guscio rinforzato detto pressure bulkhead. La forma ottima per ridurre gli stress (infatti la forma ridistribuisce il peso) è quella emisferica Il collegamento con la fusoliera è particolarmente critico e deve garantire la continuità della rigidezza tra le due parti. 6.3.4 I finestrini L’inserimento di un finestrino richiede un irrobustimento locale del pannello, tipicamente mediante doubler. All’incirca il doubler equivale alla quantità di pannello rimosso. La zona dei finestrini è quella col massimo taglio dovuto alla flessione della fusoliera. Il rinforzo deve sostenere questo carico e la pressurizzazione (fatica) Il carico sul vetro del finestrino è quello della pressurizzazione.Il finestrino ha fino a 3 vetri : 1. Quello più esterno, il primo, è quello più a soggetto da stress, tuttavia è costruito con un fattore di sicurezza 8, perciò è modellato per resistere a pressioni esterne fino a 8 atmosfere. 2. Il secondo, è una misura di prevenzione in caso si rompa il primo 3. Il terzo, qullo più interno, è l’ultima barriera. Oltre a ciò funge anche da isolatore acustico. Una cosa importante, è che tra i 3 vetri c’è uno strato di aria, pertanto i vetri da almeno una parte sono pressurizzati. Per questo abbiamo detto che il primo vetro è quello più soggetto a stress, infatti ha : All’interno è pressurizzato All’esterno, no e ha la pressione atmosferica Pagina 35 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 6.3.5 Portelloni L’irrobustimento locale è maggiore a causa delle dimensioni. All’incirca è necessario 3 volte il materiale rimosso. Di solito sono caricati solo con dalla pressurizzazione, il resto dei carichi va sugli elementi di rinforzo.Il fattore di sicurezza può raggiungere 3. 6.4 Il rivestimento e le correnti nella fusoliera In realtà potremmo anche considerarla come parte fondamentale di un aereo, in quanto svolge un compito a livello strutturale importantissimo, ovvero trasmettere le sollecitazioni alle centine.Tuttavia, trovandosi principalmente nella fusoliera è giusto parlarne con la fusoliera. La pressurizzazione induce carichi a trazione e favoriscono la fatica. 6.4.1 Tear strap Il tear strap è un componente strutturale che migliora le caratteristiche fail- safe della fusoliera. Il suo compito è quello di contenere eventuali rotture a fatica sostituendo il pannello danneggiato e impedire l’avanzamento delle cricche. Possono essere posizionati in corrispondenza delle ordinate o tra di esse. Si utilizzano in genere degli stringer clips di forma opportuna che collegano i due elementi e danno continuità alla struttura. 6.4.2 Doubler Un’altra soluzione prevede l’utilizzo dei doubler specialmente dove il rivesti- mento è particolarmente sottile (1 mm). I doubler vengono quindi usati per : Finestrini Spigoli vivi 6.4.3 Gli shear ties Le ordinate possono essere collegate allo skin direttamente o attraverso degli angolari che trasferiscono le sollecitazioni (gli shear ties), come nel caso delle centine non interrotte. 6.5 Attacco Ala-Fusoliera Il collegamento ala-fusoliera ha il compito di trasmettere sforzi ingenti a flessione, torsione e taglio. Carichi tipici da considerare e che si scaricano sulle ordinate di forza della fusoliera: Momento flettente asimmetrico tra le due semiali Pagina 36 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Sforzi di taglio delle anime dei longheroni Momento torcente Taglio dovuto alla resistenza aerodinamica e alla spinta 6.5.1 La posizione Nei veilivoli con ala bassa o alta, il problema della posizione dell’attacco è un po critico ma non troppo. Infatti per avere l’attacco ala-fusoliera si utiliz- zano spesso dei longheroni. Ciò quando sia ha in una porzione alta o bassa. Comporta ad un irrigidimento di quella zona. Tuttavia, se l’attacco fosse in- termedio, il problema sarebbe che il longherone dovrebbe passare/attraversare anche l’interno della fusoliera. In questi casi è necessario inserire delle or- dinate di forza particolarmente robuste. In generale, la zona della fusoliera interessata dall’attraversamento richiede irrobustimenti (con conseguente au- mento di peso) dovuto alle discontinuità geometriche e ai carichi concentrati dall’ala e dai carrelli. Per il collegamento dell’ala alla fusoliera, la soluzione più utilizzata prevede giunti e bulloni applicati tra le ordinate di forza e i longheroni. Oltre ai carichi elevati a flessione e taglio, tali componenti sono critici a fatica Pagina 37 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines CAPITOLO 7 SICUREZZA STRUTTURALE 7.1 Carichi La determinazione dei carichi è uno degli aspetti critici nella progettazione di velivoli. Distinguiamo, in prima battuta : 1. Carichi statici : non variano nel tempo. La struttura raggiunge la config- urazione di equilibrio statico. 2. Carichi dinamici : variano nel tempo. La struttura inizia a vibrare at- torno alla configurazione di equilibro statico. In caso la forza agisca con una frequenza prossima a una frequenza propria della struttura siamo in condizione di risonanza 7.1.1 Tipi di carichi possiamo avere : Carichi di Volo Carichi al suolo Carichi del propulsore Carichi speciali Carichi di fatica 7.2 Strutture e tensioni Col termine struttura si indica l’insieme di elementi atti a resistere a delle sol- lecitazioni. Abbiamo : Pagina 38 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Strutture Primarie: svolgono i principali compiti strutturali. Il loro cedi- mento può compromettere la sicurezza del volo Strutture Secondarie: concorrono alla resistenza strutturale. Il loro cedi- mento può portare a condizioni critiche Altre Strutture: il loro ruolo strutturale è secondario in termini di si- curezza. Devono comunque rispettare altri requisiti (resistenza agli in- cendi, tossicità, ecc..) Tutte le azioni (carichi distribuiti o concentrati) agiscono sulla struttura por- tante dell’aeromobile inducendo delle sollecitazioni. Tali sollecitazioni, che nor- malmente agiscono contemporaneamente generano delle tensioni sul materiale di cui è fatta la struttura e sull’elemento di struttura. Le tensioni vengono chiamate σ e τ : Le σ agiscono normalmente alla superficie Le τ agiscono tangenzialmente alla superficie Le tensioni devono essere tali che in nessun punto della struttura si rag- giungano i limiti di resistenza del materiale. 7.3 Considerazioni sui materiali Ogni materiale può essere deformato in 4 modi principali : 1. Taglio 2. Torsione 3. Compressione 4. Trazione Un singolo materiale, prima di rompersi passa per alcune fasi della deformazione : Deformazione elastica, ovvero quando finiamo di sollecitare il materiale questo torna alla sua lunghezza originale Deformazione plastica, ovvero quando finita la sollecitazione il materiale non torna alla lunghezza/forma originale Strizione, il materiale inizia a indebolirsi in un punto Rottura / allungamento a rottura, il materiale si rompe In base al tipo di comportamento in queste 4 fasi, distinguiamo 2 tipi di materiali : Pagina 39 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 1. Materiali Duttili, ovvero materiali che possono subire una deformazione plastica senza rompersi immediatamente (ad esempio i metalli) 2. Materiali Fragili, materiali che hanno una scarsa o inesistente deformazione plastica (ceramiche) I comportamenti a rottura di questi 2 tipi di materiali è diversa : Rottura per materiali fragili : Avviene in assenza o dopo una piccola deformazione plastica. Il cedimento nella perdita di coesione fra gli atomi porta al distacco frontale del materiale Rottura per materiali duttili : Avviene dopo una deformazione plastica. Il cedimento che mette fine al comportamento elastico è causato dallo scorrimento dei piani cristallini. 7.4 Fattori di sicurezza Le incertezze nelle determinazioni delle sollecitazioni quali : Schematizzazione della struttura Determinazione dei limiti di resistenza del materiale Fenomeni di fatica e di corrosione inducono all’applicazione, in tutti i campi delle costruzioni, di fattori riduttivi delle sollecitazioni massime sopportabili dal materiale detti ”fattori di sicurezza k ”. Al crescere delle incertezze cresce k. Carico massimo ammissibile dal materiale Possiamo definire un carico massimo sopportabile dal materiale, con un certo margine di sicurezza, detto appunto ”carico di sicurezza” o ”carico massimo ammissibile” quella quantità calcolata come il rapporto tra il carico limite e il fattore di sicurezza k : σlimite σadm = (7.1) k 7.4.1 Carichi per il dimensionamento I carichi da utilizzare per il dimensionamento strutturale dovranno tener conto di questi margini di sicurezza : Carico limite/contingenza : carico massimo a cui il velivolo verrà sot- toposto durante la sua vita operativa Carico Ultimo/robustezza : Carico da utilizzare per il dimensionamento (costruzione) del velivolo, dato dal carico limite moltiplicato per k Pagina 40 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Scegliamo come fattore di sicurezza predefinito 1.5 in quanto originariamente era il risultato del rapporto tra la tensione a rottura e quella di snerva- mento nelle leghe di alluminio. Ovviamente si aumenta per considerare sia la fatica ma soprattutto in ambito civile a discapito del peso della struttura da considerare. 7.4.2 Obbiettivi del progetto strutturale Abbiamo 3 obbiettivi principali : 1. Assicurare l’assenza di plasticità nel caso di carico limite 2. Considerare i difetti nel materiale o introdotti in fase di produzione 3. Considerare le incertezze legate al progetto 7.5 Tensioni ammissibili Il metodo delle tensioni ammissibili effettua la verifica della sicurezza di una struttura, controllando che nei suoi punti più sollecitati lo stato tensionale, espresso attraverso una opportuna tensione di confronto σid (tensione ideale) non superi quel valore definito ammissibile. Il valore ammissibile non è altro il già citato carico ammissibile 7.1. Pertanto bisogna verificare che la nostra tensione ideale sia minore di quella quantità. Poiché, come si è già detto, i carichi che agiscono sulla struttura sono normalmente variabili nel tempo con continuità (si pensi ai carichi legati alle manovre di decollo e atterraggio, alla pressurizzazione della cabina che fa variare la pressione interna in funzione della quota di volo, ecc.), il carico ammissibile dovrà tenere conto dei fenomeni di fatica venendo opportunamente decurtato. 7.6 Le verifiche strutturali I carichi che insistono sulla struttura sono i carichi che la struttura deve es- sere in grado di sopportare. Si rende quindi necessario eseguire nelle strutture aeronautiche le seguenti verifiche in condizione di carico statico : 1. La struttura, dopo che su di essa ha agito il carico massimo (contingenza) deve essere reimpiegabile; non si devono cioè verificare deformazioni permanenti. Quindi in sintesi, la prima cosa di cui bisogna accertarsi è che tutte le deformazioni al carico di contingenza siano di natura elastica. 2. A carico di contingenza la forma assunta dalla struttura deve essere tale da renderla funzionante; cioè la deformazione al carico di contin- genza deve essere tale da permettere, in quelle condizioni, il funziona- mento degli organi di controllo (alettoni, ipersostentatori, ecc.). Pagina 41 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 3. La struttura, definito un livello di robustezza dei carichi (cioè i carichi di contingenza moltiplicati per 1,5), deve sopportarli per un certo nu- mero di secondi (esempio 3 sec. per i velivolo civili). 7.7 Minacce alla sicurezza strutturale Le principali minacce alla sicurezza strutturale sono : Elevate tensioni locali ( ad esempio finestrini o giunzione ala-fusoliera) Difetti nei materiali e di fabbricazione (materiali inadatti per lo scopo oppure fabbricazione imprecisa e condotta male) Difetti/Deficienze di manutenzione Danneggiamenti ambientali Impatti localizzanti, sono facilmente individuabili dal personale a terra o sono evidenti in volo. Tuttavia alcuni danni causati da impatti o da at- trezzature a terra non sono immediatamente evidenti, e questo può essere particolarmente vero per le strutture in composito. In tali casi si sono prevenute rotture catastrofiche grazie alla tolleranza di elevati danneggia- menti permessa dal progetto fail-safe. Tra i più comuni : 1. Attrezzature a terra 2. Rotture motore non trattenute 3. Bird strikes 4. Detriti in pista Penetrazioni esplosive Carichi operativi eccessivi, sono una ben nota minaccia alla sicurezza strut- turale.tali sovraccarichi, indotti da varie cause, hanno dato luogo nella maggior parte dei casi ad avarie catastrofiche.Carichi operativi che hanno causato avarie strutturali sono stati il risultato di eccessivi carichi in volo e a terra (senza o con intervento del pilota oppure causati da errori del sistema di controllo), eccessivi carichi da raffiche, eccessivi carichi da wind shear, carichi acustici, instabilità vibratorie dovute a flutter, buffet delle superfici di coda, fenomeni aeroelastici. Widespread fatigue damage, è la perdita dell’attributo fail safe nei velivoli. ci sono stati tuttavia relativamente pochi incidenti o inconvenienti gravi che sono direttamente attribuibili al WFD. Questo è dovuto alle azioni di ispezione, riparazione, modifica, sostituzione di componenti strutturali che hanno avuto luogo per proteggere la sicurezza strutturale. Pagina 42 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines CAPITOLO 8 LA FATICA La fatica è quel fenomeno secondo cui i materiali sottoposti a dei carichi variabili nel tempo tra un valore massimo (σmax ) e uno minimo (σmin ), e ripetuti nel tempo per un certo numero di volte (cicli), presentano una diminuzione della sollecitazione massima sopportabile. In altre parole, la struttura cede sotto l’azione di sollecitazioni inferiori dei limiti di rottura in condizioni statiche. Generalmente per resistenza a fatica si intende il carico che provoca la rottura del materiale dopo 10 milioni di cicli per gli acciai, e dopo 100 milioni di cicli per le leghe leggere. 8.1 Fatica nelle strutture metalliche La vita a fatica di un componente viene valutata attraverso test sperimentali. Provini standard vengono sottoposti a carichi ciclici di varie intensità. Per ogni livello di carico, si porta il provino a rottura. Il numero di cicli a rottura viene diagrammato in funzione della tensione alternata applicata. A seguito della rotazione del provino, il punto generico della sezione sarà soggetto sia a trazione che a compressione ad ogni giro. Le forze applicate inducono, infatti, un momento flettente costante sul provino. 8.1.1 Le fasi del cedimento per fatica Abbiamo 3 fasi : 1. Nucleazione: comparsa di micro-fratture (invisibili) fino dai primissimi cicli di carico se l’ampiezza della sollecitazione è maggiore del limite di fatica. Fenomeni plastici, inclusioni, interfacce tra diversi costituenti fa- voriscono il fenomeno (soprattutto sulla superficie della struttura). Questa fase termina quando gli effetti superficiali non hanno effetti evidenti. Pagina 43 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 2. Propagazione della frattura: avviene nel momento in cui la micro-frattura diventa sede di concentrazioni di sforzo. La direzione di propagazione coincide con la direzione di massimo sforzo. 3. Cedimento: la resistenza residua non è più sufficiente per contrastare il carico statico. 8.1.2 Aspetti che influenzano la vita a fatica Finitura superficiale: la presenza di imperfezioni superficiali favorisce la nucleazione. È particolarmente rilevante per i componenti progettati per elevati numero di cicli. Meno per la fatica oligociclica. La palli- natura o shot peening è un metodo per limitare il problema (si sparano dei pallini sulla superficie metallica da rinforzare). Dimensioni della struttura: a parità di sforzo, profili di minori dimen- sioni presentano migliori caratteristiche di fatica. Il gradiente degli sforzi è maggiore, pertanto una zona più ristretta è soggetta a sforzi ele- vati. Ciò è vero solo nei casi di flessione e torsione. Effetti ambientali: come prevedibile, la corrosione determina un pesante deterioramento della vita a fatica. Inoltre, nella corrosione-fatica, la fre- quenza di sollecitazione diviene un fattore importante. Una minor fre- quenza porta a una durata minore della vita a fatica Effetti di sforzi combinati : procedimento complesso. Esistono metodi ap- prossimati, simili ai criteri di resistenza statici 8.2 Safe-Life L’approccio safe-life stabilisce un tempo per la sostituzione dei componenti degli aerei, di solito specificato come numero di atterraggi permessi o ore di volo. La durata dei componenti è basata sul tempo necessario per avere rottura, ottenuto da test a fatica. Nella maggior parte dei casi si progetta il componente in modo tale che la sua durata superi la vita operativa prevista per il velivolo. Una volta che un componente raggiunge la sua durata massima si considera terminata la sua vita sicura (safe-life) ed è sostituito, sia che si siano manifestate o no cricche a fatica. Infatti, in teoria, un componente progettato con l’approccio safe-life sarà sostituito prima che si verifichino cricche a fatica. Questo lo immaginiamo per il fatto che l’aereo è costruito secondo un carico di robustezza e non di contingenza 7.4.1. L’approccio safe- life è conservativo nel senso che costruisco un componente per sopportare un carico a cui non verrà mai sottoposto per un periodo che è addirittura forze minore di quello normale di utilizzo ( in relazione alla resistenza di carico che ha). In definitiva il pezzo viene sostituito anche se integro. Pagina 44 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines 8.3 Fail-Safe Sul finire degli anni ’50 la soluzione per prevenire catastrofiche rotture a fatica nei velivoli commerciali (e nei bombardieri e trasporto militari) era di assicurare che il progetto desse luogo ad una struttura con sufficiente ridon- danza strutturale tale da mantenere una resistenza residua adeguata dopo una eventuale rottura di un elemento strutturale. I velivoli progettati e costruiti in base al concetto di ridondanza strutturale vennero denominati come “fail-safe”. Possiamo effettivamente dire che una struttura ridondante sarà sicuramente più pesante di una struttura che non lo è, tuttavia possiamo dire con certezza che la struttura non peserà in automatico il doppio ma solo un po di più. Negli anni’ 60 ed oltre la meccanica della frattura permise di predire in modo accurato : Dimensione critica della cricca nelle strutture aeronautiche Comportamento nella crescita della cricca Effetti delle varie configurazioni strutturali sul comportamento a fat- ica (bassa crescita di cricca, cricca critica) Tale capacità rese possibile introdurre già in fase progettuale gli effetti dei difetti del materiale e di produzione nelle strutture aeronautiche. La capacità degli strumenti della meccanica della frattura di predire l’accrescimento delle cric- che a fatica nelle strutture aeronautiche permise di determinare in fase proget- tuale i requisiti ispettivi ed i limiti operativi (quindi in definitiva sos- tituendo l’approccio safe-life). La meccanica della frattura permise di correlare i risultati dei test a fatica con il comportamento previsto in servizio. 8.4 Damage Tolerance Alla fine degli anni ’70 l’U.S. Air Force emise un numero di specifiche che portò ad un nuovo metodo di progetto a fatica: Damage Tolerance. Basato sulle tec- niche della meccanica della frattura, l’approccio damage tolerance ridefinisce la base per l’analisi delle cricche di fatica nelle strutture aeronautiche. Portando benefici in termini di sicurezza, tale metodo fu adottato anche dall’industria dei velivoli commerciali. L’obiettivo dell’approccio damage tolerance è quello di scoprire le cricche negli elementi strutturali principali prima che si propaghino e portino alla rottura. Un elemento strutturale principale è una qualsiasi struttura dell’aereo che sopporta carichi in volo, a terra o di pressurizzazione, e la cui rottura può portare alla perdita del velivolo. Sta- bilendo intervalli ispettivi per tali elementi sulla base del tempo che una cricca impiega a crescere da una dimensione visibile alla lunghezza crit- ica, si raggiunge l’obbiettivo dell’approccio damage tolerance. Diversamente dall’approccio safe-life, con il quale i componenti sono sostituiti anche se non sono danneggiati, i componenti damage tolerant sono sostituiti solo Pagina 45 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines se si manifesta una cricca durante un’ispezione. Oltre ai vantaggi eco- nomici, l’approccio damage tolerance permette inoltre di ridurre il fattore di sicurezza nel progetto. Infatti, dato che la meccanica della frattura fornisce una più precisa (meno incertezze 7.4) caratterizzazione del com- portamento della cricca, si possono evitare i grandi fattori di sicurezza propri dei metodi a fatica. Pagina 46 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines CAPITOLO 9 TECNOLOGIE PER LA SICUREZZA DEL VOLO 9.1 Jet Engine Il jet engine, o anche chiamato motore a jet è un elemento molto complesso nell’aereo. Tuttavia, spiegato molto semplicemente agisce come un compressore, aspirando l’aria dalla parte anteriore, comprimendola e “sputandola” da dietro ad una velocità più alta rispetto a quando è entrata. Questo Jet engine riesce a prevenire molto bene 2 fenomeni pericolosi : 1. In flight shoutdown, ovvero lo spegnimento dei motori in volo 2. Pod mounted, barriere di sicurezza in caso di rotture interne 9.2 High Lift Devices Gli elementi principali sono 2 : 1. Slat 2. Flap Questi 2 sono posizionati sull’ala, più nello specifico sono situati in posizione: Anteriore, per gli slat Posteriore, per i flap Questi 2 strumenti consentono di modificare il velivolo a livello aerodinamico, sia nella fase di decollo che in quella di arrivo. Pertanto gli obbiettivi sono : Aumentare la portanza a basse velocità Pagina 47 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Nella fase di atterraggio per avere l’estensione massima per avere la re- sistenza massima con bassi tempi di accelerazione dei motori in caso di go-around (riattaccata) Nella fase di decollo e atterraggio per avere maggiori margini di sicurezza relativamente allo stallo e la lunghezza della pista. In generale, ma soprattutto nella fase di crociera, per avere una mag- giore flessibilità alla quota e temperatura 9.3 Sistemi di frenatura Consideriamo il carrello (ovvero le ruote sotto la fusoliera) come il principale sistema di frenatura. Tuttavia esistono vari supporti di frenatura al principale mezzo : 1. Anti-Skid : evita lo scivolamento delle ruote su piste bagnate o corte. 2. Fuse-Plugs : evita lo scoppio delle ruote ( causato da un energia termica eccessiva) successivamente ad un refused take-off 3. Autobrake : sistema di frenatura automatico ( usato sia nel refused take-off o nel landing) 4. Speedbrakes : ovvero gli alettoni permettono di diminuire il carico sui freni 5. Thrust reversers : ovvero gli inversori di spinta che permette di frenare in maniera più sicura su piste corte o bagnate. Questo prevede di attivare i motori al contrario per frenare 9.4 Sistemi di stabilità e controllo In ogni fase di volo è sempre importantissimo riuscire a controllare e stabilizzare l’assetto del velivolo. nel corso della storia abbiamo avuto 2 sistemi principali : 1. Sistemi idraulici : un sistema basato sulla forza esercitata dal pilota. Un sistema idraulico porta all’utilizzo di un sistema di pressioni e di liquidi per dare un comando. Il comando è proporzionale alla forza usata 2. Sistemi fly-by-wire : il sistema attualmente utilizzato. Non si utilizza più la forza ma anzi si trasmette un segnale. Questo agevola e soprattutto rende più sicuro il processo di stabilizzazione dell’asseto del velivolo. Per- tanto il funzionamento si basa sulla trasmissione di un segnale tramite un cavo il quale lo porta ad un equilibratore che successivamente traduce il segnale in un verso. Questo sistema ha 2 grandi vantaggi : (a) Leggerezza strutturale Pagina 48 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines (b) Immediatezza del comando Ricordiamo che ogni aereo è costruito seguendo anche moltissimi limiti strut- turali. Sicuramente però, l’aereo deve essere progettato per resistere ad un fenomeno di rottura a fatica. 9.5 Flight Deck e Interfaccia Uomo-Macchina Per Flight deck intendiamo tutte quelle interfacce/segnali con cui il pilota deve interagire durante il volo. Ne abbiamo alcuni molto importanti : Microprocessori Sistemi di allerta ACARS FMS Molto tempo fa, i sistemi di bordo erano gestiti dall’ingegnere di bordo, figura fondamentale per il controllo di vari parametri. Tuttavia, con l’introduzione dei microprocessori fu possibile : 1. Togliere la figura dell’ingegnere di bordo 2. Limitare al minimo le operazioni per il controllo dei sistemi da parte del pilota Sicuramente oltre a ciò abbiamo l’inserimento dei sistemi di allerta. Questi sono posizionati sopra il pilota (gli indicatori) e si attivano solo in caso di allarme. Uno dei sistemi d’allerta più famosi è sicuramente il GPWS ovvero il Ground Proximity Warning System che segnala l’avvicinamento pericolo al suolo. Per ACARS intendiamo il Aircraft Communications Addressing and Report- ing System. E’ un sistema automatico di comunicazione digitale tra l’aeroplano e le basi a terra. ACARS evita ai piloti un gran numero di messaggi, es: ora del decollo, touchdown. Inoltre invia a terra dati sui malfunzionamenti. Per FMS, invece intendiamo Flight Management System ed è formato da di- versi componenti e gestisce i controlli di volo, le performance, la navigazione e I sistemi. Ottimizza le varie fasi di volo. Pagina 49 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines CAPITOLO 10 SISTEMI DI EMERGENZA Nonostante tutti gli sforzi dei progettisti, costruttori e gestori dei mezzi aerei, sussiste sempre il rischio di rotture o incidenti che portino a situazioni di dis- truzione della macchina, con pericolo di lesioni anche fatali per passeggeri e gente a terra. In tutti i casi è necessario eseguire delle operazioni di emergenza tramite degli opportuni sistemi di sicurezza. Questi devono essere : Facili da utilizzare Affidabili anche in situazioni di rottura di un pezzo L’insieme di questi sistemi di sicurezza costituisce la sicurezza stessa del veliv- olo. Li distinguiamo in : 1. Sistemi di sicurezza passivi, ovvero quei sistemi che riducono le con- seguenze sul velivolo o sui passeggeri 2. Sistemi di sicurezza attivi, ovvero quei sistemi di sicurezza che riducono il rischio che si verifichi un incidente grave. Tra i principali abbiamo : Sistemi di allarme Fonti energetiche di emergenza 10.1 Sistemi di allarme Il sistema generale di allarme deve avvertire in maniera chiara il pilota su : Anomalia che si è verificata Gravità dell’anomalia Pagina 50 di 90 Sicurezza Edoardo Leslie Baines Il codice utilizzato è un codice a colori, ogni allarme viene segnalato con un colore in base alla sua gravità : Verde per far capire che è tutto nella norma Giallo per dare degli avvertimenti Rosso per comunicare un anomalia grave che richiede un provvedimento immediato da parte del pilota Fino a quando non si interviene sull’anomalia la spia non va via. I sistemi di allarme, oltre a tener sotto controllo il funzionamento dei motori e degli impianti, possono riguardare il comportamento del velivolo stesso : Stallo aerodinamico (comportamento pericolosissimo del velivolo, si verifica con poca velocità/poca portanza) Presenza di Ghiaccio Velocità massima raggiunta Quota troppo bassa 10.2 Impianti di rilevamento incendio L’incendio sussiste sia su terra che su aria : Su terra, il concetto di sicurezza è passivo In aria, il concetto di sicurezza è attivo Nel velivolo abbiamo 2 sistemi di rilevamento incendio principali : Rilevatore di Fumi : misura l’opacità dell’aria con le sostanze presenti al suo interno Rilevatore di temperatura che può essere di 2 tipi : – Puntuale : si basa sul fatto che è collegato ad un circuito che si chiude quando si ha una temperatura troppo alta – Continuo : All’aumentare della temperatura la resistenza diminuisce e fa passare la corrente che passa e