ITMI970017A1 - Pattino per la guida di un missile in un apparecchio di lancio - Google Patents

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE

L ' invenzione si riferisce ad un pattino ("Hanger") di acciaio per la guida di un missile in un apparecchio di lancio con delle flange piegate in modo da adattarsi alla forma del missile e con una parte di guida la cui sezione trasversale è in sostanza a forma di T, laddove sul lato esterno del ramo trasversale della "T" è formata una rientranza passante e quelle superfici del ramo trasversale che sono rivolte verso le flange formano per il missile delle superfici di appoggio mentre le adiacenti superfici laterali del ramo longitudinale della "T" formano per il missile delle superfici laterali di guida.

Sono già noti dei missili segui-obiettivo che risultano supportati in un apparecchio di lancio sulla superficie portante di un aereo da combattimento. Il supporto comprende un pattino, sul quale è montato il missile. Questo pattino presenta una parte con sezione trasversale a forma di T. Questa parte a forma di T è collocata in una corrispondente guida dell'apparecchio di lancio. Il missile è assicurato in direzione assiale mediante un nottolino d'arresto, per cui non può scivolare fuori dall'apparecchio di lancio. All'atto del lancio, il nottolino d'arresto libera il missile. A tale scopo, il pattino deve passare in corrispondenza del nottolino d'arresto. Affinché ciò sia possibile, sulla parte a forma di T, in corrispondenza del lato esterno del ramo trasversale della "T", è formata una rientranza estendentesi longitudinalmente, la quale, all'atto del lancio, permette uno scivolamento del pattino sul nottolino d'arresto. Nei noti missili, il pattino è costituito di acciaio colato. Il pattino presenta inoltre delle flange piegate in mòdo adattato alla forma del missile, con le quali esso è fissato al missile.

Le dimensioni della guida e del pattino sono standardizzate nell'ambito dell'Alleanza Occidentale. Per questo motivo non è consentito allontanarsi sostanzialmente da queste misure prestabilite.

I moderni aerei da combattimento diventano sempre più veloci e manovrabili. Di conseguenza, subentrano delle accelerazioni trasversali sempre maggiori. Le forze d’inerzia da ciò risultanti si ripercuotono sulla sospensione dei missili e sollecitano in particolare il pattino. Ciò comporta notevoli tensioni nel pattino, con possibile rottura del pattino stesso. A causa della standardizzazione è possibile rinforzare solo limitatamente il pattino. Il pattino deve essere applicabile in qualsiasi apparecchio di lancio, anche in quelli già esistenti.

L'invenzione si pone il compito di aumentare sostanzialmente la resistenza di pattini del tipo citato all'inizio, senza superare le misure prestabilite dalla standardizzazione.

Questo compito viene risolto secondo l'invenzione col fatto che

(a) fra ciascuna delle superfici laterali e ciascuna delle adiacenti superfici di appoggio è realizzato, per aumentare il raggio d'intaglio, un incavo arrotondato ed estendentesi longitudinalmente e

(b) nella zona degli incavi la superficie del materiale è.trattata in modo da generare delle tensioni interne di compressione.

L'invenzione si basa su una ricerca fatta sulle tensioni che si verificano in un pattino di questo tipo. È stato dimostrato che queste tensioni si verificano soprattutto negli spigoli fra le superfici di appoggio, formate sul lato del missile nel ramo trasversale della "T", e le adiacenti superfici laterali del ramo longitudinale della "T". Di conseguenza, l'invenzione prevede l'aumento del raggio d’intaglio mediante un incavo nella zona di questi spigoli. Nel contempo, si prevede un trattamento superficiale tale, per cui nel materiale vengono generate delle tensioni interne di compressione. In questo modo non vengono superate le prestabilite misure standardizzate. Rispetto ai noti pattini si ha invece una riduzione del materiale impiegato. Con la riduzione delle tensioni che si verificano in corrispondenza del raggio d'intaglio più grande, in abbinamento alla generazione di tensioni interne di compressione, la resistenza subisce un aumento rispetto ai noti pattini, nonostante l'asportazione di materiale, in misura tale, per cui si possono soddisfare le esigenze sempre maggiori di resistenza richieste dai moderni aerei.

Le tensioni interne di compressione possono essere generate mediante diversi noti procedimenti come, per esempio, mediante deformazione a freddo, per esempio, tramite pallinatura, mediante cementazione, nitrurazione od impianto di ioni di atomi "più grandi" di quelli del materiale di base ("vaporizzazione").

Ulteriori realizzazioni dell'invenzione formano oggetto delle sottorivendicazioni.

La fig. 1 illustra una vista prospettica di un pattino per la guida di un missile in un apparecchio di lancio.

La fig. 2 illustra una sezione trasversale del pattino.

La fig. 3 illustra la distribuzione della tensione nel pattino.

La fig. 4 illustra la distribuzione della tensione nel pattino nella zona dell'incavo fra la superficie di appoggio e la superficie laterale di guida.

La fig. 5 illustra a titolo di confrónto una vista analoga alla fig. 3 della distribuzione della tensione in un pattino secondo lo stato della tecnica.

La fig. 6 illustra a titolo di confronto una vista analoga alla fig. 4 della distribuzione della tensione nel pattino secondo lo stato della tecnica.

La fig. 7 illustra una vista simile alla fig. 3 della distribuzione della tensione in un pattino conformato secondo le figg. 1 è 2, in cui, nella zona degli incavi, la superficie del materiale è trattata per generare delle tensioni interne di compressione.

La fig. 8 illustra una vista analoga alla fig. 4 della distribuzione della tensione in un pattino conformato secondo le figg. 1 e 2, in cui, nella zona degli incavi, la superficie del materiale è trattata per generare delle tensioni interne di compressione.

Il pattino 10 presenta due flange 12 e 14 che sono piegate cilindricamente ed adattate alla forma di un missile (non illustrato). Il pattino propriamente detto presenta una sezione trasversale a forma di T con una parte centrale 16 relativamente larga e formante il ramo verticale della "T" nonché con delle flange di appoggio 18 e 20 estendentisi perpendicolarmente alla suddetta parte che formano il ramo trasversale della "T".

Le flange d'appoggio 18 e 20 formano delle superfici d'appoggio 22 e 24 sul lato del missile e, parallelamente ad esse, delle superfici di sostegno 26 ovvero 28 rivolte verso il missile. Fra le flange di appoggio 18 e 20, sul lato esterno del ramo trasversale della "T", è formata una rientranza passante 30 con sezione traversale arrotondata di forma trapezoidale.

La parte centrale 16 presenta delle superfici laterali opposte 32 e 34. Le superfici laterali della parte centrale 16, o ramo longitudinale della "T", presentano dei tratti piani paralleli adiacenti all'incavo, le quali servono quali effettive superfici di guida 36 ovvero 38. La parte centrale 16, o ramo longitudinale della "T", si allarga in corrispondenza di questi tratti piani con delle parti superficiali arrotondate 40 ovvero 42 verso le flange 12 ovvero 14.

Fra ciascuna delle superfici laterali 32, 34 e la rispettiva superficie di appoggio 22 ovvero 24 ad esse adiacenti, per aumentare il raggio d'intaglio è formato un incavo arrotondato 44 ovvero 46 estendentesi longitudinalmente- Nella zona degli incavi 44 e 46, la superficie del materiale è stata trattata per generare delle tensioni interne di compressione.

Grazie all'incavo viene aumentato il raggio d'intaglio. In questo modo vengono ridotte le tensioni d'intaglio. Ciò accade senza che venga superato il profilo standardizzato del pattino. Generando delle tensioni interne di compressione nella zona degli incavi 44 e 46, vengono ulteriormente ridotte le massime tensioni di trazione che si verificano nella zona fra le superfici di appoggio 22 e 24 e le superfici laterali 32 ovvero 34.

Per generare le tensioni interne di compressione esistono diversi procedimenti di per sé noti: le tensioni interne di compressione possono essere generate mediante deformazione a freddo o compressione. Altre possibilità sono la cementazione o la nitruraz ione . Mediante impianto di ioni ("vaporizzazione"), degli atomi di "calibro” maggiore di quello degli atomi del materiale di base possono essere incorporati nel reticolo della materia di base.

Il pattino può essere di acciaio colato trattato superficialmente del tipo 1.4549. È però anche possibile che il pattino sia fatto di acciaio fucinato altamente resistente, preferibilmente di acciaio Maraging 1.6354 trattato superficialmente. Per aumentare l'insensibilità allo strappo, la superficie del pattino 10 è lucidata almeno nella zona delle rientranze 44 e 46.

Il dimensionamento del pattino viene ottenuto con un procedimento d'ottimizzazione. Il pattino viene modellato in un cosiddetto modello di "elemento finito". Per un tipico caso di sollecitazione critica, le tensioni nel pattino vengono rilevate secondo "l'ipotesi di tensione normale". Le tensioni rilevate servono quale riferimento per i successivi passi di ottimizzazione. Nel caso di questi passi di ottimizzazione, vengono variati diversi parametri, ovvero il raggio d'intaglio nella zona fra le superfici d'appoggio 22 ovvero 24 e le superfici laterali 32 ovvero 34 e la larghezza della rientranza passante 30. La variazione del raggio d'intaglio senza superare il profilo prestabilito dalla standardizzazione viene resa possibile mediante gli incavi 44 e 46. Una geometria ottimale viene ottenuta, quando la variazione della geometria nell'ambito del profilo ammesso dalla standardizzazione non comporta alcune ulteriori riduzioni delle tensioni. Nei passi successivi vengono esaminate e calcolate le possibilità di miglioramento mediante il trattamento superficiale e la scelta del materiale.

I passi di ottimizzazione sono illustrati nella tabella 1:

Tabella 1

Nei primi passi di ottimizzazione, partendo da un pattino secondo lo stato della tecnica (prima colonna), viene innanzi tutto variato il raggio d'intaglio rk, cioè il raggio degli incavi arrotondati 44 e 46. Ciò corrisponde ai passi d'ottimizzazione ITI e IT2. Ne risulta un raggio d'intaglio di r<k >= 3 mm. Mantenendo l'ulteriore geometria, mediante l'aumento di rk non è possibile alcuna ulteriore riduzione della tensione principale Qmax cioè della tensione massimale che si verifica in corrispondenza del passaggio fra le superfici d'appoggio e le superfici laterali 22, 24 ovvero 32, 34. Successivamente, nei passi di ottimizzazione IT3 e IT4 viene ridotta la larghezza della rientranza passante 30 da 10,414 mm a 7,5 min. Essa rappresenta la larghezza minima, in cui la rientranza 30 supera solo in misura pari alle tolleranze ammissibili la larghezza di un nottolino d'arresto che sostiene il missile nell'apparecchio di lancio. Con una larghezza così ridotta della rientranza si ottiene un ottimo per il raggio d'intaglio rk di 4,0 mm con una tensione principale Qmax di 1850 Mpa. Gli stessi valori si ottengono nel caso di una guida laterale del pattino 10 sopra le superfici di guida 36 e 38. Mediante la variazione della forma ne risulta quindi una riduzione della tensione principale Qmax del 18 %, da 2260 MPa a 1850 Mpa.

Nel pattino 10 ottimizzato per quanto riguarda la sua forma vengono generate mediante trattamento superficiale delle tensioni interne di compressione nella zona degli incavi 44 e 46. Ciò comporta una riduzione della tensione principale Qmax del 37% (nel caso dell'acciaio colato 1.4549), cioè fino a 1430 Mpa. Nel caso di una guida laterale e di un'utilizzazione di un acciaio altamente resistente 1.6354 ne risulta una riduzione della tensione principale Qmax del 31 %, fino a 1560 MPa.

La tabella 2 illustra la sollecitabilità relativa di un pattino ottimizzato nel modo descritto, in base al materiale ed al trattamento o al non trattamento della superficie per ottenere delle tensioni interne di compressione. Quale riferimento viene impiegato un pattino di acciaio colato 1.4549 secondo lo stato della tecnica, come viene per esempio impiegato in un missile del tipo AIM-9L. La sollecitabilità di questo pattino viene indicata con "1 ".

Tabella 2

Grazie all’impiego dell’acciaio Maraging si ottiene una sollecitabilità già aumentata del fattore 1,82 anche senza trattamento superficiale e senza ottimizzazione della forma del pattino. L'ottimizzazione della forma- comporta, nel caso dell'acciaio colato 1.4549 con e senza guida laterale, un miglioramento della sollecitabilità di un fattore 1,22. Quando il pattino così ottimizzato di acciaio colato 1.4549 è soggetto ad un trattamento superficiale per generare delle tensioni interne nell'ambito degli incavi 44 e 46, la sollecitabilità aumenta del fattore 1,58 rispetto allo stato della tecnica. Utilizzando l'acciaio Maraging 1.6354, l'ottimizzazione della forma comporta un miglioramento della sollecitabilità rispetto allo stato della tecnica di un fattore 2,23. Nel caso di un trattamento superficiale di questo acciaio Maraging 1.6354, per ottenere delle tensioni interne di compressione si ottiene un aumento della sollecitabilità di un fattore 2,64 rispetto allo stato della tecnica.

Ne risulta che solo con l'utilizzo dell'acciaio Maraging 1.6354, senza ottimizzazione della forma e senza trattamento superficiale, si ottiene un aumento sostanzialmente più intenso della sollecitabilità rispetto all’ottimizzazione della forma e del trattamento superficiale dell'acciaio colato 1.4549. Si pone perciò il problema se sia di per sé sensata un'ottimizzazione di un pattino di acciaio colato 1.4549. In questo senso si deve però considerare che il "materiale standard" finora impiegato è di più facile lavorabilità ed economicamente più vantaggioso. Inoltre, la resistenza del pattino ottimizzato e trattato superficialmente di acciaio colato 1.4549 è migliore di quella dell'acciaio altamente resistente, anche nel caso di un'ottimizzazione e di un trattamento superficiale. Tale considerazione risulta evidente dalla seguente tabella 3:

Tabella 3

La tabella 3 illustra la .sollecitabilità relativa di pattini di acciaio colato 1.4549 e di acciaio altamente resistente 1.6354 ottimizzati e non ottimizzati, superficialmente trattati e non trattati superficialmente, nell'ambito di resistenza alla fatica, cioè nell'ambito delle variazioni di carico a 10<7>. In questo caso risulta evidente che la sollecitabilità nell'ambito di resistenza alla fatica per l'acciaio altamente resistente è minore di quella per l'acciaio colato 1.4549, sia senza ottimizzazione della forma, che con la forma ottimizzata e con trattamento superficiale. L’ottimo della sollecitabilità, con un miglioramento del fattore 1,58 rispetto allo stato della tecnica (AIM-9L), viene ottenuto con il pattino di acciaio colato 1.4549 ottimizzato, per quanto riguarda la forma, e trattato superficialmente.

L'impiego di acciaio altamente resistente come l'acciaio Maraging 1.6354 comporta dei vantaggi nell'ambito di variabilità di piccoli valori. Nell'ambito della resistenza alla fatica (variabilità di carico a 10<7>), un pattino di questo materiale è tuttavia meno resistente rispetto ad un pattino di acciaio colato 1.4549. L'impiego di pattini di acciaio colato 1.4549 trattati superficialmente è vantaggioso in caso di lunghi tempi d'impiego durante il supporto in volo con frequenti variazioni di carico a parità di sollecitazioni moderate. L'impiego di un acciaio altamente resistente è opportuno e necessario, a seconda delle circostanze, quando il pattino deve essere impostato per quei carichi che si verificano durante le rare manovre estreme dell'aereo.

La fig. 3 illustra la distribuzione della tensione nel pattino delle figg. 1 e 2, calcolata in base all’ipotesi di tensione normale. In questo caso si differenziano tre zone, indicate con A, B e C. La tensione nella zona A è al disotto dei 500 MPa, nella zona B si verificano delle tensioni fino a 100 MPa e nella zona C si verificano delle tensioni fino a 1300 MPa. Nella fig. 4 è illustrato più dettagliatamente la distribuzione della tensione nella zona della rientranza 46. In questo caso, in una zona D la tensione si pòrta fino a 200 MPa. In una zona E si formano delle tensioni fino a 410 MPa. In una zona F si verificano delle tensioni fino a 615 Mpa. In una zona G si verificano delle tensioni fino a 1030 Mpa. In una zona H si verificano delle tensioni fino a 1230 Mpa. In una zona I si verificano delle tensioni fino a 1440 Mpa. In una zona J si verificano delle tensioni fino a 1640 Mpa. In una zona K si verificano delle tensioni fino a 1850 Mpa. L'ultima tensione è la tensione principale Qmax della tabella 1.

A titolo di confronto, nelle figg. 5 e 6 è illustrata la distribuzione della tensione in un pattino secondo lo stato della tecnica.

In una zona Al della fig. 5 si verificano delle tensioni fino a 250 Mpa. In una zona B1 si verificano delle tensioni fino a 500 Mpa. In una zona CI si verificano delle tensioni fino a 750 Mpa. In una zona DI si verificano delle tensioni fino a 1760 Mpa. In una zona E1 si verificano delle tensioni fino a 2260 Mpa. L'ultima tensione è nuovamente la tensione principale Qmax della tabella 1.

La fig. 6 illustra di nuovo, analogamente alla fig. 4, la distribuzione della tensione nella zona del passaggio fra la superficie di appoggio e la superficie di guida del pattino {corrispondentemente 24 e 38 nella fig. 2).

In una zona A2 si verificano delle tensioni fino a 250 Mpa. In una zona B2 si verificano delle tensioni fino a 500 Mpa. In una zona C2 si verificano delle tensioni fino a 750 Mpa. In una zona D2 si verificano delle tensioni fino a 1260 Mpa. In una zona E2 si verificano delle tensioni fino a 1500 Mpa. In una zona F2 si verificano delle tensioni fino a 1760 Mpa. In una zona G2 si verificano delle tensioni fino a 2010 Mpa. Infine, in una zona H2, le tensioni crescono fino a 2260, ovvero alla tensione principale Qmax della tabella 1.

Le figg. 7 e 8 sono delle rappresentazioni corrispondenti alle figg. 3 e 4 per un pattino di acciaio altamente resistente 1.654, laddove mediante trattamento superficiale nel materiale viene generata una tensione interna di compressione.

Nella fig. 7 sono riconoscibili otto zone A3 fino a H3. In una zona A3 si verificano delle tensioni fino a 175 Mpa. In una zona B3 si verificano delle tensioni fino a 350 Mpa. In una zona C3 si verificano delle tensioni fino a 520 Mpa. In una zona D3 si verificano delle tensioni fino a 870 Mpa. In una zona E3 si verificano delle tensioni fino a 1050 Mpa. In una zona F3 si verificano delle tensioni fino a 1210 Mpa. In una zona G3 si verificano delle tensioni fino a 1390 Mpa. Infine, in una zona H3, le tensioni crescono fino a 1560. Ciò corrisponde nuovamente al valore della tensione principale Qmax indicato nella tabella 1, riga 5, colonna destra.

Nella fig. 8, le zone sono indicate come nella fig. 7. Come è ben evidente dalla fig. 8, la zona di tensione massima, cioè H3, non è in corrispondenza della superficie, ma è circondata dalle zone di tensione minore. Ciò è da ricondurre alla tensione interna di compressione.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pattino di acciaio per la guida di un missile in un apparecchio di lancio con delle flange piegate in modo da adattarsi alla forma del missile e con una parte di guida la cui sezione trasversale è in sostanza a forma di T, laddove sul lato esterno del ramo trasversale della "T" è formata una rientranza passante e quelle superfici del ramo trasversale che sono rivolte verso le flange formano per il missile delle superfici di appoggio mentre le adiacenti superfici laterali del ramo longitudinale della "T" formano per il missile delle superfici laterali di guida, caratterizzato dal fatto che (a) fra ciascuna delle superfici laterali e ciascuna delle adiacenti superfici di appoggio è realizzato, per aumentare il raggio d'intaglio, un incavo arrotondato ed estendentesi longitudinalmente (b) nella zona degli incavi la superficie del materiale è trattata per generare delle tensioni interne di compressione.
2. 2. Pattino secondo una delle rivendicazioni 1 a 5, caratterizzato dal fatto che la rientranza sul lato esterno del ramo trasversale della ”T" supera di un valore pari alle tolleranze ammissibili la larghezza di un nottolino d'arresto che sostiene il missile nell'apparecchio di lancio.
3. 3. Pattino secondo una delle rivendicazioni 1 a 6, caratterizzato dal fatto che le superfici laterali del ramo longitudinale della "T" presentano dei tratti piani paralleli adiacenti all'incavo i quali servono come superfici di guida propriamente dette e che il ramo longitudinale della "T", raccordantesi a queste superfici piane con parti di superficie arrotondate, si allarga verso le flange.
4. 4. Pattino secondo una delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il pattino è di acciaio colato.
5. 5 . Pattino secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il pattino è di acciaio colato 1.4549.
6. 6. Pattino secondo una delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il pattino è di acciaio fucinato altamente resistente.
7. 7. Pattino secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il pattino è di acciaio Maraging 1.6354 trattato superficialmente.
8. 8. Pattino secondo una delle rivendicazioni 1 a 7, caratterizzato dal fatto che la qualità della superficie del pattino è migliorata almeno nella zona degli incavi mediante lavorazione.
9. 9 . Pattino secondo la rivendicazione 8 , caratterizzato dal fatto che la superficie è lucida.