M-am întrebat vreodată cum a reușit să zboare Boeing 787
Care este densitatea medie a materialelor utilizate la un avion modern? Oricare ar fi, reducerea densității medii a fost uriașă de când frații Wright au zburat primul avion practic. Reducerea greutății motorului în avioane este agresivă și continuă, iar prețurile combustibilului cresc rapid. Această unitate reduce în mod specific costurile cu combustibilul, îmbunătățește ecuația autonomiei/sarcinii utile și protejează mediul înconjurător. Compozitele joacă un rol important în aeronavele moderne, iar Boeing Dreamliner nu face excepție în menținerea istoriei greutății în scădere.
Compozite și pierderea în greutate
Douglas DC3 (din 1936) avea o greutate de declanșare de aproximativ 25.200 de lire sterline, cu o adăugare de pasageri de aproximativ 25. Cu o autonomie maximă de încărcare utilă de 350 mile, adică aproximativ 3 lire sterline pe pasager mile. Boeing Dreamliner are o greutate la decolare de 550.000 de lire sterline și transportă 290 de pasageri. Cu o autonomie complet încărcată de peste 8.000 de mile, aceasta este de aproximativ ound lire sterline pe pasaj - cu 1.100% mai bună!
Motoarele cu reacție, un design mai bun, tehnologia de economisire a greutății, cum ar fi fly-by-wire - toate au contribuit la saltul cuantic - dar compozitele au avut un rol imens de jucat. Acestea sunt utilizate în celula Dreamliner, motoare și multe alte componente.
Utilizarea compozitelor în Dreamliner Airframe
Dreamliner are o celulă compusă din aproximativ 50% plastic armat cu fibră de carbon și alte materiale compozite. Această abordare oferă economii de greutate în medie de 20% comparativ cu designul convențional (și învechit) din aluminiu.
Compozitele din celulă au, de asemenea, avantaje de întreținere. O reparație legată de obicei poate necesita 24 de ore sau mai mult timp de nefuncționare a zborului, dar Boeing a dezvoltat o nouă linie de întreținere și capacitate de reparații care durează mai puțin de o oră pentru a aplica. Această tehnică rapidă oferă posibilitatea de reparații temporare și o schimbare rapidă, în timp ce astfel de daune minore ar putea avea un plan de aluminiu împământat. Aceasta este o perspectivă interesantă.
Fuzelajul este construit în segmente tubulare care sunt apoi unite între ele în timpul asamblării finale. Se spune că utilizarea compozitului economisește 50.000 de nituri pe nivel. Orice site web care putrezește ar avea nevoie de o verificare de întreținere ca potențial punct de eșec. Și asta este doar nituire!
Compozite în motoare
Dreamliner are opțiuni de motor GE (GEnx-1B) și Rolls Royce (Trent 1000) și ambele utilizează compozite pe scară largă. Nacilele (capace de admisie și ventilator) sunt un candidat evident pentru compozite. Cu toate acestea, compozitele sunt utilizate și în paletele ventilatorului de pe motoarele GE. Tehnologia lamei a avansat enorm de pe vremea Rolls-Royce RB211. Tehnologia timpurie a dat falimentului companiei în 1971, când a eșuat în testele de lovire a păsărilor cu palete de ventilator din fibră de carbon Hyfil.
General Electric a condus calea cu tehnologia paletelor compozite cu vârf de titan din 1995. În centrala electrică Dreamliner, compozitele sunt utilizate pentru primele 5 etape ale turbinei de joasă presiune cu 7 trepte.
Mai multe despre mai puțină greutate
Dar unele numere? Cușca de ventilator ușoară a centralei electrice GE a redus greutatea aeronavei cu 1200 de lire sterline (mai mult de ½ tone). Carcasa este întărită cu panglică din fibră de carbon. Acesta este doar economisirea greutății carcasei ventilatorului și este un indicator important al beneficiilor rezistenței/greutății compozitelor. Acest lucru se datorează faptului că o carcasă a ventilatorului conține toate resturile în cazul unei defecțiuni a ventilatorului. Dacă nu conține resturi, atunci motorul nu poate fi certificat pentru zbor.
Greutatea stocată în paletele turbinei cu lame economisește, de asemenea, greutatea în carcasa de sprijin necesară și în rotoare. Acest lucru își înmulțește economiile și îmbunătățește raportul putere/greutate.
În total, fiecare Dreamliner conține aproximativ 33 de tone de plastic armat cu fibră de carbon - din care aproximativ 45 000 de kilograme de fibră de carbon.
Concluzie
Problemele timpurii de dezvoltare și fabricație ale compozitelor utilizate în avioane au fost acum depășite. Dreamliner se află în fruntea consumului de combustibil al aeronavelor, minimizând impactul și siguranța asupra mediului. Cu un număr redus de componente, controale de întreținere mai mici și mai mult timp de difuzare, costurile de asistență pentru companiile aeriene sunt reduse semnificativ.
De la palele ventilatorului la fuselaj, palele la toalete, eficiența Dreamliner ar fi imposibilă fără Advanced Composites.