Le nuove tecnologie migliorano la sicurezza dei componenti del motore

I sensori e i sistemi di analisi software rilevano i parametri critici relativi alla qualità dei lingotti durante tutte le fasi del processo di fusione.

Progettazione e produzione aerospaziale | Paul E. King e Andrew J. Elliott

Il trasporto aereo commerciale è più sicuro che mai. Tuttavia, i guasti meccanici possono verificarsi, e di fatto continuano a verificarsi. Il volo UA 328, partito da Denver, in Colorado, il 20 febbraio 2021, ha subito un guasto catastrofico al motore quattro minuti dopo il decollo. Fortunatamente, l’aereo è tornato all’aeroporto ed è atterrato in sicurezza. Sebbene la Federal Aviation Administration (FAA) stia continuamente migliorando le norme di sicurezza, c’è ancora molto da fare per prevenire guasti critici ai motori.

È possibile apportare miglioramenti sin dalle prime fasi della produzione, durante la lavorazione primaria dei metalli. I materiali devono essere progettati per resistere alle sollecitazioni intense e alle temperature estreme a cui sono sottoposti i componenti, come i dischi delle turbine che tengono unite le pale mentre ruotano a oltre 10.000 giri al minuto e a temperature fino a 1.700 °C. Anche le pale del ventilatore sono soggette a tali problemi, come dimostrato dal volo UA 328. Il National Transportation Safety Board (NTSB) ha stabilito che la causa è stata il cedimento delle pale del ventilatore: due pale si sono fratturate a causa della fatica del metallo, spesso conseguenza di discontinuità macroscopiche e microscopiche che possono verificarsi durante la lavorazione primaria del metallo.

I processi di produzione odierni non sono in grado di realizzare i componenti dei motori aeronautici del futuro. Per soddisfare tali standard è necessaria una rivoluzione nella produzione dei componenti, in cui processi impeccabili e attrezzature di precisione garantiscano la massima fiducia nella capacità dei materiali di raggiungere le massime prestazioni.

Ampere Scientific e Consarc Corp. hanno unito le forze per applicare sensori e intelligenza artificiale al fine di rivoluzionare la produzione di componenti. La loro missione attuale è individuare, durante il processo di rifusione ad arco sotto vuoto (VAR), le condizioni che possono causare difetti nei componenti critici dei motori. Utilizzeranno questa tecnologia per prevedere le condizioni che portano alla formazione di difetti e impedirne il verificarsi.

I forni VAR servono a rifondere e raffinare leghe speciali che vengono poi trasformate in componenti critici per i motori aeronautici degli aeromobili. Gli attuali forni VAR si basano su segnali elettrici per il controllo del processo e la valutazione della qualità dei lingotti, anziché sulla valutazione diretta e sulla visualizzazione in tempo reale del lingotto in fase di formatura.

Ampere Scientific è determinata a cambiare questa situazione grazie alla sua tecnologia di rilevamento del posizionamento dell’arco VARmetric, che offre una visione del processo di fusione. VARmetric combina un avanzato sistema di rilevamento dei campi elettromagnetici con le misurazioni del forno VAR di Consarc per acquisire, registrare e visualizzare le caratteristiche operative del forno che prima non erano rilevabili durante la fusione. Utilizza i controlli di Consarc per monitorare la corrente del forno, la tensione, il livello di vuoto, la cella di carico, la posizione e la velocità del pistone e l’agitazione elettromagnetica. VARmetric integra quindi le misurazioni dei campi magnetici in una moltitudine di punti all’interno del forno VAR per ottenere un’immagine della posizione dell’arco all’interno del forno stesso.

 

Il risultato sono dati in tempo reale che mostrano:

• Grafici delle caratteristiche operative del forno (corrente, tensione, vuoto, velocità di fusione, velocità del pistone, ecc.)
• Posizione dell'arco radiale sovrapposta alle immagini video riprese dalle telecamere dell'anello VAR
• Distribuzione dell'arco nel tempo
• Forma e posizione dell'elettrodo in funzione del tempo
• Allarmi relativi a condizioni di arco laterale, distanze tra gli elettrodi eccessive, altri eventi anomali o movimenti degli elettrodi

Questi dati sono a disposizione dell’operatore durante la produzione del lingotto e possono essere utilizzati come parte della documentazione relativa alla catena di custodia per qualsiasi lingotto di lega qualificato. Queste informazioni consentono di calcolare la probabilità di difetti di solidificazione durante il funzionamento nell’ambito del digital twinning. Ciò offre ai produttori di metalli, ai produttori di motori (OEM) e agli organismi di regolamentazione una maggiore certezza che i materiali che utilizzano siano prodotti in modo coerente e in grado di resistere alle sollecitazioni a cui sono destinati in ambienti estremi. VARmetric acquisisce i dati durante l’intero processo di fusione e crea una mappa dettagliata per valutare la qualità del lingotto molto prima che vengano effettuati test di qualità microscopici o macroscopici sui pezzi finiti. Man mano che la tecnologia matura e l’archivio di dati cresce, VARmetric può trasformarsi in un sistema di allerta precoce, consentendo agli operatori di intervenire in modo proattivo durante la fusione per evitare il superamento dei limiti di processo durante la produzione, garantendo così risultati ottimali in modo costante in ogni fusione, ogni volta.

Grazie a queste indicazioni, i difetti di solidificazione saranno ridotti e aumenterà la fiducia nella qualità dei lingotti. Lingotti di qualità superiore consentono di ottenere componenti di qualità superiore, contribuendo a rendere la prossima generazione di aeromobili più leggeri, più veloci, più resistenti e più sicuri.

 

Fonte: Aerospace Manufacturing & Design