Un’innovativa valvola intelligente per incrementare la sicurezza dei velivoli
La riduzione dell’impatto sociale e ambientale esercitato dal settore dell’aviazione non riguarda solo il miglioramento dell’efficienza dei motori, ma richiede la revisione di ogni aspetto connesso alle necessità di volo aereo, tra cui l’impiego di sostanze chimiche tossiche in una vasta gamma di applicazioni. Per esempio, gli idrocarburi alogenati (o halon) sono sostanze tradizionalmente impiegate negli estintori degli aereiche producono tuttavia fumi tossici, nocivi per lo strato di ozono. La sostituzione degli estintori a base di halon con alternative più sicure e maggiormente ecologiche è divenuta una priorità industriale per il settore aeronautico.
Impedire la formazione di miscele esplosive
Il progetto VISTAC, finanziato dall’UE, si è prefisso di sviluppare una tecnologia emergente che consenta la produzione di gas inerti in grado di impedire la formazione di miscele esplosive all’interno del serbatoio del carburante. Nello specifico, il progetto si è occupato della necessità delle valvole di controllare i flussi gassosi. «Affinché siano scalabili ed economicamente sostenibili per l’industria aeronautica, queste valvole devono essere affidabili, leggere e poco costose, oltre ad avere una bassa impronta di carbonio», spiega Cynthia Rawyler, coordinatrice del progetto VISTAC e ingegnera presso l’azienda francese Equip’Aero Technique. Il progetto si è prefisso di progettare una valvola utilizzabile nei sistemi di estintori di prossima generazione privi di halon, identificati con l’acronimo OBIGGS (On Board Inert Gas Generation Systems, ovvero sistemi per la generazione di gas inerti a bordo), che permettono l’entrata di gas inerti all’interno del serbatoio per il carburante e della stiva di carico allo scopo di impedire la propagazione del fuoco. Il funzionamento dei gas inerti si basa sulla rimozione dell’ossigeno da aree potenzialmente pericolose. «Per la regolazione dell’OBIGGS è necessaria una valvola multi-posizione, che deve fornire l’esatta quantità richiesta di aria azotata per rendere inerte il serbatoio per il carburante o la stiva di carico», aggiunge Rawyler.
L’applicazione di leghe a memoria di forma
La valvola è stata concepita per essere operata da un attuatore costituito da cavi in lega a memoria di forma (SMA, shape-memory alloy). Le SMA sono materiali intelligenti che modificano le loro proprietà di comportamento in seguito all’esposizione a uno stimolo esterno. Gli attuatori elettromeccanici impiegati nell’ambito del progetto VISTAC erano termicamente attivati. «Ciò significa che il calore viene convertito in forza meccanica», osserva Rawyler. «Questa tecnica ci ha consentito di ridurre il numero delle parti necessarie per l’attuatore, contribuendo di conseguenza a diminuire il peso, utilizzare meno componenti e incrementare l’affidabilità dell’apparecchiatura.» La progettazione della valvola è stata realizzata intorno a questo nuovo attuatore. I cavi in SMA sono stati collaudati in condizioni ambientali rappresentative, contraddistinte ad esempio da temperature calde o fredde oppure dalla presenza di vibrazioni e urti. «Abbiamo inoltre caratterizzato il comportamento dei fluidi», afferma Rawyler, «che ci ha permesso di comprendere le modalità di apertura e chiusura della valvola a seconda di varie velocità di flusso».
Scalabilità per altri settori
L’esito positivo del progetto potrebbe portare alla sostituzione degli attuatori elettromeccanici impiegati per gli OBIGGS con un attuatore a base di SMA più semplice e meno costoso. VISTAC ha inoltre permesso a Rawyler e ai suoi colleghi di comprendere meglio gli attuatori in SMA, dalle fasi di concepimento e progettazione a quelle di produzione e integrazione in un sistema di valvole attuabile. «La scalabilità della progettazione offre il vantaggio di poter adattare la tecnologia dell’attuatore da noi sviluppata anche ad altre applicazioni industriali», aggiunge. «Esse comprendono non solo il settore aerospaziale, ma anche altre industrie che fanno uso di valvole attuatrici, come ad esempio il settore alimentare e quello dei prodotti farmaceutici.» Per valutare appieno le prestazioni e le potenzialità di questa innovazione saranno necessari ulteriori test e studi. «La maturazione di questa tecnologia sarà portata a termine in un progetto futuro», conclude Rawyler.
Parole chiave
VISTAC, velivolo, carburante, volo aereo, sostanze chimiche, aviazione, SMA, lega, elettromeccanico
