Gli aerei che prendete di solito sono fatti di varie sottostrutture (principalmente travi e lamiere) unite assieme tramite rivettatura. Poiché i chiodi o le viti normali sarebbero troppo ingombranti o disturberebbero il flusso aerodinamico sulle ali o sulla fusoliera, vengono usati dei “chiodi speciali” detti rivetti. Da essi, il nome rivettatura. Fateci caso la prossima volta che prendete un aereo: noterete che, sulle superfici esterne, sono distinguibili dei “cerchietti” disposti in varie file; sono le teste dei rivetti, che collegano la lamiera esterna a qualche struttura interna.
La rivettatura è stata storicamente il metodo più classico usato in aeronautica per l’assemblaggio di componenti, utilizzato ininterrottamente nel secolo scorso e all’inizio di questo. Tuttavia, l’ingegneria aeronautica sta da poco guardando con interesse ad una soluzione ancora più semplice: l’incollaggio. Incollare, invece che rivettare, ha numerosi vantaggi. Primo fra tutti, sposa molto meglio la regola aurea dell’aeronautica: rendi tutto più leggero. Certo, un singolo rivetto pesa solo qualche grammo. Tuttavia, possono essere necessari fino ad un milione e mezzo di rivetti per assemblare un Boeing 747! Un numero enorme! Risparmiare anche solo pochi decimi di grammo per rivetto potrebbe portare a riduzioni di peso non banali! Inoltre, questi rivetti sono spesso installati a mano da operatori specializzati. Potete immaginare quanto tempo ci voglia per un’operazione del genere. L’incollaggio, invece, permette di collegare grandi aree contemporaneamente, con uno strato di adesivo molto più leggero dell’insieme dei rivetti necessari per una determinata area.
Inoltre, come per ogni chiodo o bullone, l’installazione di un rivetto richiede l’introduzione di un foro. Fori che indeboliscono di molto la struttura interessata. Per compensare questo indebolimento, le strutture aeronautiche vengono rese più spesse, e quindi ancora una volta: aumento di peso.
Fatta questa premessa, rinnovo la domanda del titolo: volereste su un aeroplano in cui le varie parti sono soltanto tenute assieme solamente da colla? Se avete risposto con un timido “onestamente no”, purtroppo non siete stati i soli.
Nel 1949 gli ingegneri della DeHavilland utilizzarono l’incollaggio strutturale per assemblare dei componenti strutturali di finestrini del loro nuovissimo Comet. Tuttavia, siccome all’epoca l’incollaggio era una tecnologia relativamente nuova, decisero di rinforzare la zona con alcuni rivetti aggiuntivi. Cinque anni dopo, nel 1954, ben tre Comet precipitarono a causa di danni originati proprio da quei rivetti.
La pratica di rinforzare zone incollate con rivetti aggiuntivi era così diffusa da far nascere l’espressione “chicken rivets”, o “rivetti da polli”. Questo perché questi rivetti venivano installati per una falsa percezione di sicurezza. Se un giunto incollato può sostenere un certo carico, figuriamoci se lo rinforzo anche con un rivetto! Peccato che questi rivetti andavano ad indebolire, piuttosto che a rinforzare, l’intera struttura.
Gli incidenti dei Comet hanno fatto la storia dell’aviazione, e sono state delle lezioni tanto utili e importanti quanto pagate a caro prezzo, con la morte di centinaia di persone. Elencare tutto ciò che abbiamo imparato da essi richiederebbe un libro intero, e la attenzione richiesta dalla progettazione dei collegamenti è solo una di queste lezioni. Oggi, gli standard di sicurezza aeronautici sono molto più restrittivi del 1949, e un approccio di tipo “non si sa mai” non è più permesso. La progettazione di collegamenti fra strutture è tanto standardizzata quanto la progettazione delle strutture stesse, e nessuno può improvvisare nulla.
Proprio per questo, l’industria aeronautica è molto innovativa, ma al tempo stesso (fortunatamente per noi) molto conservatrice. Per ovvie ragioni di sicurezza, l’implementazione di una nuova tecnologia richiede anni di sperimentazione e il riempimento di pagine e pagine di documenti di certificazione al volo. Per questo, nonostante una conoscenza molto più approfondita sul tema degli incollaggi strutturali, molti aerei sono ancora oggi per la gran parte rivettati.
Tuttavia, una spinta recente a questa tecnologia è stata data dall’utilizzo dei materiali compositi sui nostri aerei (ve li ricordate? Ne abbiamo parlato qui!). Abbiamo detto che i fori sono punti deboli nelle strutture. Tuttavia, non tutti i materiali reagiscono allo stesso modo allo stesso punto debole! I metalli tendono a sopportare meglio i fori dei rivetti; i materiali compositi, invece, ne sono particolarmente vulnerabili. Considerando gli enormi vantaggi dell’utilizzo di materiali compositi in aeronautica, la spinta verso l’utilizzo di soluzioni incollate è oggi più forte che mai.
Prendiamo infatti l’esempio dei più recenti aerei (escludendo versione aggiornate di velivoli già esistenti) messi in commercio dalle principali aziende aeronautiche: Boeing e Airbus. Il Boeing 787 e l’Airbus A350 sono i primi aerei in cui l’utilizzo dei materiali compositi è maggiore di quello dei metalli. Se vi capitasse mai di volare su questi gioielli, date un’occhiata alla struttura della fusoliera e delle ali. I famosi “cerchietti” sono quasi del tutto assenti, proprio perché alla rivettatura si è preferito l’incollaggio. Personalmente, quando ho volato su un 787 (nell’immagine sotto) sono rimasto incantato dalla bellezza del dorso delle ali. Di solito siamo abituati a strutture discontinue, “pezzi” di lamiere rivettate insieme. Grazie alla combinazione di compositi e incollaggio, le ali del 787 sono strutture quasi ininterrotte, senza alcuna testa di rivetto a romperne la continuità.
Alla fine di questo articolo, quindi, rinnovo la domanda: volereste su un aereo…incollato? Spero di avervi convinto che ne vale la pena!
Luca M. Martulli
Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale, dottorato in Ingegneria dei Materiali, ora ricercatore al dipartimento di Ingegneria Meccanica del Politecnico di Milano. Nomade, nerd, divulgatore occasionale e appassionato di troppe cose!
Fonti:
- Kupski, de Freitas. Design of adhesively bonded lap joints with laminated CFRP adherends: Review, challenges and new opportunities for aerospace structures. Composites Structures 268, 113923 (2021).
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