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Superiamo i limiti nella progettazione dei missili

02 Mar 2022
Esperti di Kollmorgen

I missili operano in condizioni tra le più difficoltose. Possono essere soggetti ad un massiccio flusso di calore quando attraversano gli strati dell'atmosfera terrestre e a causa dell'elevata velocità. Con valori di velocità oltre i 10.000 km all'ora, hanno bisogno di componenti che siano in grado di garantire stabilità e movimento preciso in queste condizioni. Inoltre, con l'esigenza di soddisfare requisiti sempre più elevati a livello di prestazioni, la tecnologia alla base di questi missili deve erogare più coppia e potenza in rapporto al peso.  

L'approccio tipico nella progettazione di un missile per affrontare queste condizioni è realizzare un motore più grande in grado di erogare la giusta quantità di potenza pur senza essere influenzato dalle temperature elevate. Questo comporta tuttavia dimensioni maggiori, con un aumento dell'ingombro e dei costi. Dimensioni ridotte possono ridurre i costi, ma a scapito delle prestazioni.  

L'obiettivo è realizzare un motore che sia in grado di garantire le stesse prestazioni con una taglia inferiore o mantenere le stesse dimensioni aumentando però le prestazioni. La giusta soluzione per ottenere più potenza a parità di spazio può essere infatti solo "estrarre" la potenza dai componenti tecnici in altre aree intorno al motore, ad esempio il materiale dell'isolamento o dei magneti.  

Sistemi di isolamento 

I motori attuali con un sistema di isolamento tipico possono operare entro un intervallo di temperatura ambiente da 150 °C a 180 °C. Questo campo di valori limita l'intervallo operativo del missile, soprattutto quando si tratta di ambienti ipersonici. Per ottenere più potenza dal motore e supportarlo a temperature di esercizio superiori, i tecnici del settore aerospaziale e della difesa si sono rivolti alla scienza dei materiali per identificare metodi nuovi per sostituire l'isolamento e incrementare l'intervallo di temperatura ambiente. Dopo aver testato vari materiali, i tecnici hanno sviluppato formulazioni per utilizzare materiali isolanti di diverso tipo da ottimizzare per applicazioni specifiche che permettano il funzionamento del motore. Questi nuovi materiali isolanti hanno permesso al motore di operare ad un livello elevato incrementandone la temperatura in esercizio continuo a 210°C–240°C.

Materiale dei magneti 

Il materiale più comunemente utilizzato per i magneti nelle applicazioni commerciali è neodimio-ferro-boro (di solito si parla di magneti NEO). Questi magneti NEO hanno ottime prestazioni nell'uso quotidiano, ma quando sono soggetti alle temperature estreme presenti nelle applicazioni con i missili, il rendimento inizia a scendere. Come per l'isolamento in rame, questo ha limitato le prestazioni globali del motore e quindi del missile. Attraverso ricerche pionieristiche nell'ambito della scienza dei materiali, però, è stata identificata una diversa lega in grado di superare i limiti delle temperature estreme: samario-cobalto. Si tratta di un materiale simile a livello di resistenza ai magneti NEO, ma con una temperatura nominale e una coercitività più elevate con valori massimi in uso di 320 °C. L'impiego di questi magneti incrementa la potenza senza subire gli effetti dell'aumento di temperatura.  

Innovazioni continue nella scienza dei materiali 

Kollmorgen è da tempo un esperto di primo piano nella scienza dei materiali e nella sua applicazione per innovare e migliorare le prestazioni dei motori. Va tuttavia oltre la semplice comprensione della scienza dei materiali e si focalizza sul collaudo e sulla convalida delle capacità prestazionali di un materiale. Kollmorgen ha passato letteralmente migliaia di ore a identificare, collaudare e perfezionare materiali. E solo per il prototipo. Il cambio di materiali si riflette sul processo produttivo, là dove Kollmorgen dispone delle competenze per introdurre queste innovazioni adattandole alle varie esigenze.  

In quanto partner che opera per mitigare i rischi attraverso la catena di fornitura, Kollmorgen si spinge costantemente oltre i confini della scienza dei materiali e ne comprende il ruolo chiave nel miglioramento delle prestazioni e del valore dei motori. Attraverso un'innovazione costante, possiamo prendere queste scoperte e sfruttarne concretamente i vantaggi nelle applicazioni del settore aerospaziale e della difesa. 

Pronto a scoprire dove può portarti la scienza dei materiali? Iniziamo. Consulta un esperto di motion.

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Questo blog è il risultato della collaborazione di un team di esperti di motion & automation in Kollmorgen, tra cui ingegneri, addetti al servizio clienti ed esperti di progettazione. In qualsiasi fase del vostro progetto vi troviate, noi siamo qui per aiutarvi.

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