Aká je priemerná hustota materiálov používaných v modernom dopravnom lietadle? Čokoľvek to je, zníženie priemernej hustoty bolo od roku 2006 obrovské Wright Brothers letel s prvým praktickým lietadlom. Snaha o zníženie hmotnosti v letúnoch je agresívna a nepretržitá a zrýchľuje ju prudké stúpanie cien pohonných hmôt. Táto jazda znižuje špecifické náklady na palivo, zlepšuje rovnicu rozsahu a užitočného zaťaženia a pomáha životnému prostrediu. Kompozity hrajú hlavnú úlohu v moderných lietadlách a Boeing Dreamliner nie je výnimkou pri udržiavaní klesajúceho hmotnostného trendu.
Zloženie a redukcia hmotnosti
Douglas DC3 (siahajúci do roku 1936) mal vzletovú hmotnosť asi 25 200 libier s doplnkom pre cestujúcich asi 25. Pri maximálnom rozsahu užitočného zaťaženia 350 míľ to predstavuje asi 3 libry na míľu cestujúceho. Boeing Dreamliner má vzletovú hmotnosť 550 000 libier na prepravu 290 cestujúcich. S plne naloženým dosahom viac ako 8 000 kilometrov je to zhruba ¼ libry na míľu cestujúceho - o 1100% lepšie!
Tryskové motory, lepší dizajn, technológia na úsporu hmotnosti, napríklad lietanie drôtom - to všetko prispelo k kvantovému skoku - ale kompozity mali veľkú úlohu. Používajú sa v draku lietadla Dreamliner, motoroch a mnohých ďalších komponentoch.
Použitie kompozitov v draku lietadla Dreamliner
Dreamliner má drak lietadla, ktorý tvorí takmer 50% uhlíkové vlákno vystužené plasty a iné kompozity. Tento prístup ponúka úspory hmotnosti v priemere o 20 percent v porovnaní s bežnejšími (a zastaralými) hliník vzory.
Kompozity v draku lietadla majú tiež výhody údržby. Oprava zvyčajne spojená môže vyžadovať 24 alebo viac hodín prestojov letúna, ale Boeing vyvinul novú škálu opravárenských opráv, ktoré si vyžadujú menej ako hodinu. Táto rýchla technika ponúka možnosť dočasných opráv a rýchleho obratu, zatiaľ čo takéto menšie poškodenie mohlo spôsobiť uzemnenie hliníkového lietadla. To je zaujímavá perspektíva.
Trup je konštruovaný z rúrkových segmentov, ktoré sú potom spojené počas konečnej montáže. Použitie kompozitov údajne ušetrí 50 000 nitov na jednu rovinu. Každé miesto nitovania by vyžadovalo kontrolu údržby ako miesto možného zlyhania. A to sú len nity!
Kompozity v motoroch
Dreamliner disponuje motormi GE (GEnx-1B) a Rolls Royce (Trent 1000) a obidva tieto komponenty značne používajú. Gondoly (prívodné a ventilátorové kryty) sú očividným kandidátom na kompozity. Kompozity sa však dokonca používajú v lopatkách ventilátorov motorov GE. Technológia čepelí od doby Rolls-Royce RB211 výrazne pokročila. Počiatočná technológia zbankrotovala spoločnosť v roku 1971, keď lopatky ventilátora Hyfil z uhlíkových vlákien zlyhali pri testoch nárazov vtákov.
Spoločnosť General Electric je od roku 1995 lídrom v technológii kompozitných lopatiek ventilátora s titánom. V elektrárni Dreamliner sa kompozity používajú v prvých 5 stupňoch 7-stupňovej nízkotlakovej turbíny.
Viac informácií o menšej váhe
A čo niektoré čísla? Ľahký obal ventilátora elektrárne GE znižuje hmotnosť lietadla o 1200 libier (viac ako ½ tony). Puzdro je vystužené opletom z uhlíkových vlákien. Je to iba úspora hmotnosti ventilátora a je to dôležitý ukazovateľ výhodnosti zloženia / hmotnosti kompozitov. Dôvodom je skutočnosť, že puzdro ventilátora musí obsahovať všetky zvyšky v prípade poruchy ventilátora. Ak motor neobsahuje úlomky, motor nemôže byť certifikovaný na let.
Úspora hmotnosti v lopatkách lopatkových turbín tiež šetrí hmotnosť v požadovanom ochrannom obale a rotoroch. Tým sa znásobuje jeho úspora a zlepšuje sa pomer výkonu a hmotnosti.
Celkovo obsahuje Dreamliner asi 70 000 libier (33 ton) plastov vystužených uhlíkovými vláknami - z toho asi 45 000 (20 ton) libier tvoria uhlíkové vlákna.
záver
Prvé problémy s navrhovaním a výrobou kompozitov v letúnoch boli prekonané. Dreamliner je na vrchole palivovej účinnosti lietadla, minimalizovaného dopadu na životné prostredie a bezpečnosti. So zníženým počtom komponentov, nižšou úrovňou kontroly údržby a dlhším vysielacím časom sú náklady na podporu prevádzkovateľov leteckých spoločností výrazne znížené.
Od lopatiek ventilátora po trup, krídla až po toalety by účinnosť Dreamlinerov bola nemožná bez pokročilých kompozitov.