Някога чудили ли сте се как Boeing 787 е в състояние да лети
Каква е средната плътност на материалите, използвани в съвременен самолет? Каквото и да е, намаляването на средната плътност е огромно, откакто братята Райт летят с първия практичен самолет. Намаляването на теглото на двигателя в самолетите е агресивно и непрекъснато, а цените на горивата растат бързо, ускорявайки се. Това задвижване специално намалява разходите за гориво, подобрява уравнението за обхват/полезен товар и защитава околната среда. Композитите играят важна роля в съвременните самолети и Boeing Dreamliner не прави изключение при поддържането на историята на намаляващото тегло.
Композити и отслабване
Douglas DC3 (от 1936 г.) имаше тегло на спусъка около 25 200 паунда с добавяне на пътници от около 25. С максимален обхват на полезния товар от 350 мили, това е около 3 паунда на пътническа миля. Boeing Dreamliner има излетно тегло 550 000 паунда и превозва 290 пътници. С напълно зареден обхват от над 8000 мили, това е около ¼ паунда на миля пътник - с 1100% по-добре!
Реактивни двигатели, по-добър дизайн, технология за пестене на тегло като fly-by-wire - всички са допринесли за квантовия скок - но композитите са изиграли огромна роля. Те се използват в клетката Dreamliner, двигателите и много други компоненти.
Използването на композити в Dreamliner Airframe
Dreamliner има клетка, състояща се от приблизително 50% подсилена с въглеродни влакна пластмаса и други композитни материали. Този подход предлага спестяване на тегло средно с 20 процента в сравнение с конвенционалния (и остарял) алуминиев дизайн.
Композитите в клетката също имат предимства за поддръжка. Обикновено обвързаният ремонт може да изисква 24 часа или повече прекъсвания на полета, но Boeing разработи нова линия за поддръжка и възможност за ремонт, която отнема по-малко от час. Тази бърза техника предлага възможност за временен ремонт и бърз ремонт, докато такива малки повреди могат да имат заземена алуминиева равнина. Това е интересна перспектива.
Фюзелажът е изграден в тръбни сегменти, които след това се съединяват по време на окончателното сглобяване. Твърди се, че използването на композит спестява 50 000 нита на ниво. Всеки уеб сайт, който загнива, ще се нуждае от проверка за поддръжка като потенциална точка на повреда. И това е просто приковаване!
Композити в двигатели
Dreamliner има опции за двигатели GE (GEnx-1B) и Rolls Royce (Trent 1000), като и двамата широко използват композити. Моделите (входящи и вентилационни капаци) са очевиден кандидат за композити. Композитите обаче се използват и в лопатките на вентилаторите на двигателите GE. Blade технологията е напреднала неимоверно от дните на Rolls-Royce RB211. Ранната технология фалира компанията през 1971 г., когато се провали в тестовете за удар на птици с лопатките на вентилатора от въглеродни влакна Hyfil.
General Electric е начело с технологията на композитни вентилаторни лопатки с титанов връх от 1995 г. В електроцентралата Dreamliner композитите се използват за първите 5 етапа на 7-степенната турбина с ниско налягане.
Повече за по-малко тегло
Ами някои цифри? Леката клетка на вентилатора на GE Power Plant намалява теглото на самолета с 1200 паунда (повече от ½ тон). Корпусът е подсилен с оплетка от въглеродни влакна. Това е само спестяването на тегло на корпуса на вентилатора и това е важен показател за предимствата на силата/теглото на композитите. Това е така, защото корпусът на вентилатора съдържа всички отломки, съдържащи се в случай на повреда на вентилатора. Ако не съдържа отломки, двигателят не може да бъде сертифициран за полет.
Теглото, съхранявано в лопатките на лопатките на турбината, също спестява тегло в необходимия опорен корпус и ротори. Това умножава спестяванията му и подобрява съотношението мощност/тегло.
Общо всеки Dreamliner съдържа около 70 000 паунда (33 тона) подсилена с въглеродни влакна пластмаса - от които около 45 000 (20 тона) паунда въглеродни влакна.
Заключение
Ранните проблеми с развитието и производството на композити, използвани в самолетите, вече са преодолени. Dreamliner е в челните редици на горивната ефективност на самолетите, като минимизира въздействието върху околната среда и безопасността. С намален брой компоненти, по-нисък контрол на поддръжката и повече ефирно време, разходите за поддръжка за авиокомпаниите са значително намалени.
От лопатките на вентилатора до фюзелажа, лопатките до тоалетните, ефективността на Dreamliner би била невъзможна без Advanced Composites.