Le missioni militari (fallite) che hanno aperto la strada a nuovi controlli sulle filettature

Siamo agli inizi del 1979, in Iran. L’ultimo Scià di Persia Mohammad Reza Pahlavi ha appena lasciato il Paese, sulla scia di un’ondata di proteste e sommosse, ed è partito per l’esilio. Il suo principale oppositore, l'Ayatollah Khomeini, può tornare trionfalmente a Teheran.

La situazione però è ancora molto bollente e l’antiamericanismo dilaga, soprattutto quando si viene a sapere che allo scià vengono aperte le porte degli Stati Uniti per ricevere cure mediche.
Il 4 novembre 1979 un gruppo composto da alcune centinaia di studenti iraniani assalta l'ambasciata USA e prende in ostaggio 52 diplomatici e cittadini americani. L’opinione pubblica americana si scaglia contro l’atto, visto come una violazione dei principi del diritto internazionale.
27 gennaio 1980: l’operazione “Canadian Caper”
È la storia raccontata dal fim Argo di Ben Affleck, se non l’avete ancora visto. In piena rivoluzione islamica, la CIA e il Governo canadese riescono a mettere in salvo con un’operazione rocambolesca sei diplomatici USA che si erano rifugiati nella sede dell’Ambasciata canadese. La stragrande maggioranza degli ostaggi resta però nelle mani degli studenti iraniani.
24 aprile 1980: l’Operazione “Eagle Claw”
Il Presidente Carter decide di mettere in atto un complesso piano di salvataggio; l’operazione viene denominata Eagle Claw - ossia artiglio dell'aquila.
Aerei ed elicotteri vengono inviati in missione segreta per trasportare una forza d'assalto e tentare il colpo di mano: la prima tappa prende il nome di Desert One, una località desolata e disabitata 200 miglia a sud-est di Teheran. Lì devono atterrare otto elicotteri, partiti dalla portaerei Nimitz; per portare a termine la missione, ne sono necessari almeno sei.

Nonostante il piano fosse stato elaborato in modo minuzioso, le disavventure si moltiplicano. Un primo elicottero riporta un guasto alle pale del rotore. Un secondo, alle prese con un'improvvisa ed inaspettata tempesta di polvere e sabbia, riscontra anomalie agli strumenti di navigazione e decide di abortire la missione. Un terzo riporta problemi idraulici. Rimangono cinque elicotteri: non abbastanza. Il comandante di terra decide di annullare la missione di salvataggio, informa il suo comandante in Egitto, che a sua volta inoltra la raccomandazione attraverso la catena di comando al presidente Carter, che approva con riluttanza.

A Desert One a quel punto regnano il rumore, la polvere e la confusione. Durante le manovre di spostamento, la pala del rotore di uno degli elicotteri colpisce un aereo. Nell’esplosione risultante muoiono otto uomini. Un disastro.
Sebbene il Presidente Carter continui a lavorare per liberare gli ostaggi, essi vengono tenuti prigionieri fino al 20 gennaio 1981. Primo giorno della Presidenza Reagan.

Cosa è successo?
La rivoluzione iraniana, la crisi degli ostaggi, la gestione della missione Eagle Claw, hanno avuto un peso decisivo nel far sprofondare la popolarità del Presidente Carter, che alla prova delle elezioni non viene riconfermato per il secondo mandato.

15 aprile 1985
Si verifica un altro incidente ad un elicottero UH - 60A Blackhawk; perdono la vita 9 persone. A guastarsi è l’albero del giunto di una delle pale del rotore principale dell'elicottero, il quale fissa la pala al rotore principale. Il malfunzionamento è dovuto ad una cricca da fatica che ha avuto origine vicino alla base del primo filetto. Tali giunti vengono normalmente sostituiti ogni 6.700 ore; questo si è rotto dopo solo 1.080 ore di utilizzo.

12 marzo 1989
Un elicottero CH-3E decolla dalla base aerea USA Libby Army Airfield in Arizona per una missione di addestramento con a bordo 15 persone. Dopo soli 15 minuti di volo precipita, scomparendo dai sistemi di controllo aereo senza dare traccia. Una commissione di inchiesta ha stabilito che una delle pale del rotore del mezzo si è separata dal rotore principale. L'albero del giunto della pala divelta è rimasto attaccato al rotore.

Perché delle macchine così perfette, massima espressione della tecnologia americana dell’epoca, progettate per resistere a tutto, hanno ceduto e sono precipitate in più occasioni in modo apparentemente inspiegabile? Nel 1991 è stata svolta un’indagine, che ha visto coinvolte diverse agenzie governative, organizzazioni ed aziende, tra le quali la Johnson Gage Company, e i cui esiti sono tuttora accessibili in questo documento.
In molti degli incidenti citati, il malfunzionamento di parti filettate ha causato la separazione delle pale del rotore degli elicotteri dalla testa del rotore principale.

Ma come può essere successa una cosa del genere?
Errore di progetto? Impossibile, decine di altri elicotteri dello stesso tipo funzionavano perfettamente.
Errore di costruzione? Impossibile, ogni singolo pezzo venne controllato minuziosamente e con la massima cura.
Errore umano? Difficile, ma non impossibile.
I componenti destinati alla costruzione di mezzi militari sono tutti individualmente serializzati perché il processo di produzione deve essere rintracciabile in caso di necessità.
I pezzi rotti furono controllati e ricontrollati più volte con metodi e strumenti diversi e alla fine la causa della rottura fu scoperta.

Cosa hanno scoperto?
Le dimensioni rilevate con il piano di controllo previsto leggevano la condizione di massimo materiale, cioè vedevano il pezzo più grande di quello che era.
Oggi:
Quando misuriamo un pezzo filettato con i metodi tradizionali, mediante ghiere “passa-non passa” o, per maggiore sicurezza, con le capruggini, i fili calibrati o altri metodi, e questo risulta giusto, siamo proprio sicuri di conoscere quello che stiamo misurando?
Gli incidenti avvenuti sugli elicotteri americani hanno dimostrato che potrebbe non essere così!

Nonostante tutti i componenti risultassero conformi alle specifiche del progetto, si sono rotti.
I pezzi presentavano difetti che il piano di controllo previsto nella loro produzione non era in grado di “vedere”.

Una filettatura è una figura geometrica complessa che varia tridimensionalmente nello spazio a seconda della sua rotazione.
Se effettuiamo un’accurata indagine, ci accorgiamo che su questa figura possono esistere degli errori singoli o cumuli di errori che non si possono vedere con i comuni metodi di controllo; non solo, esistono degli “errori di forma” che sono stati opportunamente sfruttati per ottenere tipi di viti con caratteristiche meccaniche particolarmente efficaci e/o più facili da produrre.
I metodi di controllo comunemente usati, siano essi elettronici (correnti parassite, laser, telecamere, infrarossi, light beams), oppure di tipo tradizionale (capruggini, fili calibrati, anelli filettati, proiettori di profili ecc.) non sono in grado di controllare le singole dimensioni su tutta la filettatura ma, normalmente, solo la condizione di massimo materiale, cioè leggono il pezzo più grande di quello che è.

In altre parole questi sistemi leggono le misure dei punti in cui sono a contatto con il cumulo delle caratteristiche, ma può succedere che nello sviluppo della filettatura esistano delle zone deformate o distorte che hanno meno materiale.
In qualche punto il materiale mancante renderà la sezione del filetto meno resistente.

Questo è quello che è successo agli elicotteri americani.

La commissione d’inchiesta ha stabilito che nella realtà esistono due parametri che si devono considerare per valutare la precisione di una filettatura:
- il diametro primitivo (o diametro medio);
- il diametro funzionale.
Cosa è il diametro primitivo (o diametro medio) di una filettatura?

È il diametro del cilindro virtuale che passa nel punto esatto in cui la parte piena del filetto e la parte vuota sono perfettamente uguali; in altre parole, si immagina di poter riempire gli spazi vuoti tra un passo e l’altro con il materiale che si trova nella parte piena.
Più precisamente, è il diametro virtuale di una filettatura avvolgente con un passo perfetto, angoli di attacco e fianco perfetti, con piena profondità di impegno, senza tracce di materiale residuo in corrispondenza delle creste su di una lunghezza di impegno specificata.
Il diametro primitivo di progetto della filettatura avvolgente è uguale a quello del limite massimo del materiale del prodotto. Basandosi su questa teoria si sono, per decenni, calcolate le resistenze delle viti e ancora in questo modo si calcolano oggi.

Cosa è invece il diametro funzionale?

Il diametro funzionale è il diametro medio della filettatura rettificato dai possibili errori di forma normalmente non riscontrabili e consente di calcolare e mettere in sicurezza le viti in applicazioni particolarmente impegnative.
Può essere derivato sommando al diametro primitivo, nel caso di una filettatura esterna, o sottraendo dal diametro primitivo, nel caso di una filettatura interna, gli effetti cumulativi della variazione rispetto al profilo specificato, comprese le variazioni negli angoli di anticipo e del fianco su una lunghezza di impegno specificata. Gli effetti di conicità, fuori rotondità e difetti superficiali possono essere positivi o negativi sulle filettature esterne o interne.
Il diametro funzionale è quello che normalmente rileviamo durante le misurazioni dei nostri pezzi misurati con i metodi tradizionali ed è quello che rileva sempre la condizione di massimo materiale; vale a dire che in realtà il diametro medio del nostro filetto è quasi sempre più piccolo di quanto abbiamo misurato.

La commissione d’inchiesta militare sui fasteners ha anche messo a punto metodi e strumenti di controllo che consentono di misurare tutti i parametri e gli errori delle filettature.
La differenza tra il valore del diametro funzionale ottenuto misurando il pezzo con gli strumenti “tradizionali” e la dimensione teorica del diametro primitivo ci indicherà quanto è precisa la nostra filettatura.
Ma di questo parleremo in altre occasioni.   Giovanni Stagni
Consulente nel settore fasteners

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Immagine in alto: US Navy, dominio pubblico, via Wikimedia Commons