Il monitoraggio strutturale, dati i suoi recenti sviluppi, costituisce un campo di ricerca che investe sempre più settori. In particolare trova grandi possibilità di applicazione in quello aerospaziale, dove è evidente la necessità di sviluppare tecniche di sensing strutturale tramite le quali ottenere un aumento dei livelli di sicurezza con bassi costi di realizzazione e manutenzione.
L'attività di ricerca svolta dall'Unità di Napoli dell'IMM-CNR, relativa allo sviluppo di tecniche innovative di monitoraggio delle deformazioni in campo aerospaziale riguarda lo sviluppo, la realizzazione e l'impiego di sensori di deformazione e di temperatura in fibra ottica distribuiti caratterizzati da un elevato livello di integrabilità in materiali compositi per la realizzazione di Smart Aerospace Structure. Particolare attenzione è rivolta allo sviluppo di sistemi di monitoraggio strutturale basato sull'impiego di reticoli di Bragg in fibra (Fiber Bragg Grating) e di cavità risonanti Fabry-Perot, annegati nella struttura o nel materiale (smart material).
In campo aeronautico l'impiego di sensori ottici distribuiti permette di monitorare la presenza di fratture e lo stato di usura di strutture avioniche in modo da renderle più sicure, tramite interventi di manutenzione mirati che aumentino il tempo di utilizzo del veivolo. Le attuali tecniche di ispezione sono molto dispendiose sia in termini di costi che in termine di tempi necessari per l'individuazione dei danni, basti pensare al tempo impiegato per lo smontaggio ed il ri-montaggio della fusoliera di un aereo. Un ulteriore limite imposto da queste metodologie di diagnosi è costituito dall'impossibilità di effettuare un'analisi dei carichi durante le condizioni di lavoro del veivolo. Un sistema di monitoraggio integrato nella struttura, quindi, permette di realizzare strumenti di diagnosi on-board e real-time grazie ai quali è possibile superare alcuni limiti di progettazione in termini di capacità di carico e di performance della struttura.
La realizzazione di una rete di sensing distribuita che permetta di effettuare un monitoraggio globale dell'intera struttura richiede un'elevata densità di punti di misura ed un elevato indice di integrazione con i materiali compositi impiegati. Questi aspetti coincidono con alcuni dei principali vantaggi offerti dai sensori di temperatura e deformazione in fibra ottica. La possibilità di realizzare sistemi di sensing distribuiti ad elevata densità, l'immunità elettromagnetica, i bassi costi di realizzazione e la facilità di integrazione con materiali compositi, rendono questi sensori i migliori candidati per lo sviluppo delle future tecniche di monitoraggio strutturale in campo aerospaziale.
La naturale evoluzione delle tecniche di diagnosi, tramite l'impiego di sensori in fibra ottica, di strutture avioniche è costituito dalla loro applicazione in un settore quale quello aerospaziale in costante ascesa. Le principali limitazione al trasferimento di tecniche e conoscenza in tale settore è costituito dalla tipologia dei materiali impiegati e dagli elevati stress termo-meccanici ai quali le strutture sono sottoposte. I materiali impiegati presentano, infatti, elevate caratteristiche di resistenza termo-strutturali (Ultra High Temperature Ceramics, UHTC). A causa degli elevati stress meccanici e dell'ampio intervallo di temperatura ai quali le termostrutture sono sottoposte, gli attuali sensori in fibra limitano l'applicabilità delle tecniche di monitoraggio già consolidate in altri campi di ricerca. I sensori ottici di deformazione in commercio non possono essere impiegati per il monitoraggio di sistemi sottoposti ad un elevato riscaldamento. Per la maggior parte di essi è stato riscontrato un limite termico di impiego pari a 500°C-550°C. Questa forte restrizione costituisce il punto cruciale nella ricerca di sistemi di sensing adatti allo scopo preposto, poiché in condizioni di lavoro i materiali impiegati sono spesso sottoposti a temperature di lavoro superiori ai 1000°C.
Nel vasto panorama dei sensori ottici in fibra ed opto-meccanici l'Unità lavora allo sviluppo di tecniche innovative di monitoraggio strutturale in ambienti estremi.
Focus