Lanciatori leggeri e a basso costo
Le linee guida NASA SP-8007 per la progettazione di strutture sensibili all’imperfezione sono state sviluppate nei tardi anni sessanta del 1900 senza considerare i nuovi entusiasmanti sviluppi di materiali compositi leggeri. L’odierna industria spaziale richiede lanciatori di costo inferiore, in assenza dei quali non sarà possibile soddisfare la domanda crescente di carichi a pagamento. Negli anni scorsi sono stati adottati differenti approcci per prevedere il carico massimo per le strutture dei lanciatori. Utilizzando modelli agli elementi finiti non lineari, gli ingegneri hanno raggiunto un buon accordo con i risultati sperimentali. Il costo computazionale delle simulazioni effettuate nella fase di pre-elaborazione è però troppo alto quando sono necessari strumenti più veloci e precisi. Nell’ambito del progetto DESICOS (New robust design guideline for imperfection sensitive composite launcher structures), i ricercatori hanno ulteriormente sviluppato un metodo deterministico. Il cosiddetto approccio del singolo carico di perturbazione (SPLA) utilizza il profilo radiale di un carico applicato come indicazione di sensibilità della struttura alle imperfezioni. Nonostante i vantaggi di questo metodo, un ragionevole sforzo computazionale deve ancora essere dedicato al calcolo del fattore di knock-down. Nell’ingegneria delle strutture composite, il fattore di knock-down viene utilizzato per rappresentare il fatto che le imperfezioni riducono lo stress cui le strutture stesse possono resistere a una piccola frazione dello stress a cui una struttura perfetta cede. Il team DESICOS ha di conseguenza esplorato vari modi per combinare la SPLA con approcci semi-analitici. In vista dell’applicazione della nuova metodologia combinata nella progettazione preliminare delle strutture dei lanciatori, questa è stata convalidata da approfonditi test su strutture in materiali compositi. Si è visto come un cilindro non irrigidito caricato assialmente, perturbato da un singolo carico di perturbazione di dimensioni adeguate, è fosse in grado di sopportare un carico di cedimento maggiore del 45% rispetto ai progetti effettuati secondo le linee guida esistenti. Di grande importanza è il potenziale della nuova metodologia di ridurre i tempi di sviluppo e i costi di produzione, aumentando la capacità di carico, dimostrato nell’ambito di casi di studio selezionati. I risultati del progetto DESICOS sono stati pubblicati in oltre 30 articoli peer-reviewed e sono riassunti in un manuale dedicato alla progettazione di strutture di lanciatori in materiale composito.
Parole chiave
Lanciatori, sensibilità alle imperfezioni, NASA, materiali compositi, DESICOS, singolo carico di perturbazione