Un prototipo che sboccia come un fiore!
Airbrakes Flower è un aerofreno, sviluppato dal SASA – Sapienza Rocket Team, che controlla l’altitudine dei razzi sonda, assicurando il raggiungimento preciso dell’apogeo prefissato. Questo prototipo utilizza guide lineari AirTac, che si sono dimostrate ideali per incontrare le necessità di compattezza, prestazione e sicurezza di Airbrakes Flower.
Con oltre 30 anni di esperienza nel settore industriale, AirTac è oggi uno dei maggiori player nella produzione di componenti penumatici. L’azienda ha scelto il SASA – Sapienza Rocket Team per dimostrare l’applicabilità dei suoi prodotti nel settore aerospaziale. Le guide lineari miniaturizzate di alta qualità e leggere, donate dall’azienda al team, sono state fondamentali per la realizzazione del prototipo di aerofreno Airbrakes Flower.
Progettato e costruito dai dipartimenti di Strutture, Aerodinamica e Sistemi di Controllo, questo prototipo possiede una struttura a due piastre che, una volta accoppiate, sostengono gli elementi attivi del gruppo. Questi elementi comprendono un disco con quattro guide che, attraverso un movimento lineare, permette ai “petali” di emergere. Airbrakes Flower controlla passivamente l’altitudine del razzo sonda, assicurando il raggiungimento preciso dell’apogeo prefissato.
La sfida: rispettare particolari necessità di dimensione e peso
I razzi sonda progettati dal SASA – Sapienza Rocket Team sono dimensionati per ospitare diversi sottosistemi lungo la struttura (che ha un diametro di 10 cm), oltre al motore propellente solido e al payload situato sull’ogiva. “Sottosistemi funzionali come gli aerofreni – spiegano Alessandro Tampelloni e Stefano Foderaro, rappresentanti del dipartimento Strutture – devono rispettare quindi particolari necessità di dimensione e peso. La volontà di sviluppare un prototipo con quattro ali estraibili mantenendo un design compatto e leggero ha reso fondamentale la miniaturizzazione dei componenti come le guide”. Quindi, la necessità principale del prototipo riguardava il dimensionamento: pur avendo dimensioni ridotte, era comunque fondamentale garantire un’adeguata prestazione meccanica, assicurando il corretto funzionamento e la sicurezza del dispositivo.
“I risultati ottenuti dal dipartimento di Strutture – raccontano Tampelloni e Foderaro – hanno permesso di calcolare i momenti e le forze che il carrello avrebbe dovuto sostenere. Utilizzando i datasheet forniti da AirTAC, sono stati selezionati i carrelli in grado di sopportare questi carichi, tenendo conto di opportuni margini di sicurezza (secondo vincolo). Tra i carrelli esaminati, sono stati scelti quelli che offrivano il miglior compromesso tra ingombro, massa e proprietà meccaniche (terzo vincolo). Un ultimo vincolo considerato è stato il tipo di filettatura nel binario, la variante T (montaggio dal basso) del manuale ha facilitato l’integrazione delle guide nel prototipo”.
Meno componenti vuol dire meno rischi
Nel settore aerospaziale è sempre attiva la ricerca nell’ottimizzazione della leggerezza e dell’affidabilità dei componenti. La failure, ovvero la rottura o il comportamento non previsto e dannoso di un componente, viene indagata sotto tutti i punti di vista. “Nel caso specifico del nostro prototipo – spiega Samuele Ebano, Head of the Business and Finance Department – è importante menzionare l’attenzione all’affidabilità strutturale di tutti i componenti, comprese le guide, che è stata analizzata e verificata in seguito a test a terra e simulazioni digitali. Il primo design del prototipo permetteva l’estrazione dei petali tramite un meccanismo biella-manovella, una tecnologia funzionale ma che comportava un aumento notevole del numero di componenti e dell’ingombro. Spesso, nel settore aero-spaziale, affidabilità è sinonimo di semplicità, proprio perché sistemi meno complessi, con meno componenti, sono più facili da controllare e meno suscettibili a failure”. Lo scopo del sistema di aerofreni in un razzo sonda è quello di rallentare l’ascesa, con l’obiettivo di poter controllare precisamente l’apogeo della missione.
Il controllo dell’apertura delle alette degli aerofreni avviene automaticamente grazie a un sistema di autorivelazione di altezza e velocità. Il prototipo prende il nome di Airbrakes Flower proprio perché le quattro ali che emergono per rallentare il razzo ricordano la forma di petali. Tecnologie simili sono già state presentate nel contesto delle competizioni mondiali per razzi modello, dove il raggiungimento di un apogeo target è uno dei criteri principali di valutazione.
“L’innovazione del prototipo sviluppato dal Sapienza Rocket Team – conclude Stefano Ebano – consiste in un profilo a camma, tale da aumentare notevolmente la reliability del sistema riducendo al minimo i componenti e gli accoppiamenti e, inoltre, tramite una progettazione hot-swap permette di poter valutare diversi profili di apertura. L’aerofreno, in questo modo, risulta essere estremamente compatto e leggero, riducendo al minimo i vincoli progettuali e aprendo la strada verso una modularità del sistema che lo rende adattabile alle necessità che si possono presentare”.