Jaká je průměrná hustota materiálů používaných v moderním dopravním letadle? Ať je to cokoli, snížení průměrné hustoty bylo od roku 2006 obrovské Wright Brothers letěl s prvním praktickým letadlem. Snaha o snížení hmotnosti letadel je agresivní a nepřetržitá a zrychlená rychlým stoupáním cen pohonných hmot. Tento pohon snižuje specifické náklady na palivo, zlepšuje rovnici rozsahu a užitečného zatížení a pomáhá životnímu prostředí. Kompozity hrají hlavní roli v moderních letadlech a Boeing Dreamliner není výjimkou při udržování trendu snižování hmotnosti.
Složení a redukce hmotnosti
Douglas DC3 (sahající až do roku 1936) měl vzletovou hmotnost asi 25 200 liber s doplňkem pro cestující asi 25. S maximálním užitečným zatížením 350 mil, to je asi 3 libry na míli cestujícího. Boeing Dreamliner má vzletovou hmotnost 550 000 liber přepravujících 290 cestujících. S plně naloženým dosahem přes 8 000 kilometrů je to zhruba ¼ libry na kilometr cestujícího - o 1100% lepší!
Tryskové motory, lepší design, technologie pro úsporu hmotnosti, například létání po drátu - to vše přispělo k kvantovému skoku - ale
kompozity měli obrovskou roli. Používají se v draku draku, motorech a mnoha dalších komponentách.Použití kompozitů v draku letadla Dreamliner
Dreamliner má drak draku tvořený téměř 50% uhlíkové vlákno vyztužený plast a jiné kompozity. Tento přístup nabízí úspory hmotnosti v průměru o 20 procent ve srovnání s běžnějšími (a zastaralými) hliník vzory.
Kompozity v draku mají také výhody údržby. Obvykle spojená oprava může vyžadovat 24 nebo více hodin prostoje letounu, ale Boeing vyvinul novou řadu opravárenských oprav, které vyžadují méně než hodinu použití. Tato rychlá technika nabízí možnost dočasných oprav a rychlého obratu, zatímco takové drobné poškození mohlo vést k uzemnění hliníkového letounu. To je zajímavá perspektiva.
Trup je konstruován v trubkových segmentech, které jsou pak spojeny během konečné montáže. Použití kompozitů prý ušetří 50 000 nýtů na letadlo. Každé místo nýtu by vyžadovalo kontrolu údržby jako místo možného selhání. A to jsou jen nýty!
Kompozity v motorech
Dreamliner má možnosti motorů GE (GEnx-1B) a Rolls Royce (Trent 1000) a oba používají kompozity značně. Gondoly (vstupní a ventilátorové kryty) jsou zřejmým kandidátem na kompozity. Kompozity se však dokonce používají v lopatkách ventilátorů motorů GE. Technologie čepelí od doby Rolls-Royce RB211 ohromně pokročila. Počáteční technologie bankrotovala společnost v roce 1971, když její lopatky ventilátoru z uhlíkových vláken Hyfil selhaly v testech nárazů ptáků.
Společnost General Electric je od roku 1995 na čele s technologií titanového kompozitového ventilátoru. V elektrárně Dreamliner se kompozity používají pro prvních 5 stupňů 7stupňové nízkotlaké turbíny.
Více o menší hmotnosti
A co některá čísla? Kontejner s lehkým ventilátorem elektrárny GE snižuje hmotnost letadla o 1200 liber (více než ½ tuny). Pouzdro je vyztuženo opletem z uhlíkových vláken. To je pouze úspora hmotnosti skříně ventilátoru a je to důležitý ukazatel výhody pevnosti / hmotnosti kompozitů. Důvodem je, že skříň ventilátoru musí obsahovat veškerý odpad v případě selhání ventilátoru. Pokud nebude obsahovat úlomky, motor nemůže být certifikován k letu.
Hmotnost uložená v lopatkách turbínových lopatek také šetří váhu v požadovaném kontejnmentu a rotorech. Toto znásobuje jeho úsporu a zlepšuje poměr výkonu a hmotnosti.
Celkem obsahuje Dreamliner asi 70 000 liber (33 tun) z plastu vyztuženého uhlíkovými vlákny - z toho asi 45 000 (20 tun) liber je uhlíkové vlákno.
Závěr
Počáteční problémy s návrhem a výrobou použití kompozitů v letadlech byly nyní překonány. Dreamliner je na vrcholu palivové účinnosti letadla, minimalizovaného dopadu na životní prostředí a bezpečnosti. Se sníženým počtem součástí, nižšími úrovněmi údržby a větším vysílacím časem jsou náklady na podporu provozovatelů leteckých společností výrazně sníženy.
Od lopatek ventilátoru po trup, křídla až po toalety by účinnost Dreamlinerů byla bez pokročilých kompozitů nemožná.