Wat is de gemiddelde dichtheid van de materialen die in een modern vliegtuig worden gebruikt? Wat het ook is, de afname van de gemiddelde dichtheid is enorm sinds de Wright broers vloog het eerste praktische vliegtuig. De drang om het gewicht in vliegtuigen te verminderen is agressief en continu en wordt versneld door snel stijgende brandstofprijzen. Deze aandrijving verlaagt de specifieke brandstofkosten, verbetert de vergelijking tussen actieradius en laadvermogen en helpt het milieu. Composieten spelen een grote rol in moderne vliegtuigen en de Boeing Dreamliner is geen uitzondering in het handhaven van de dalende gewichtstrend.
Composieten en gewichtsreductie
De Douglas DC3 (daterend uit 1936) had een startgewicht van ongeveer 25.200 pond met een passagiersaantal van ongeveer 25. Met een maximaal laadvermogen van 350 mijl is dat ongeveer 3 pond per passagiersmijl. De Boeing Dreamliner heeft een startgewicht van 550.000 pond en vervoert 290 passagiers. Met een volledig geladen bereik van meer dan 8000 mijl is dat ongeveer ¼ pond per passagiersmijl - 1100% beter!
Straalmotoren, beter ontwerp, gewichtsbesparende technologie zoals fly by wire - ze hebben allemaal bijgedragen aan de kwantumsprong - maar composieten hebben een grote rol gespeeld. Ze worden gebruikt in het Dreamliner-casco, de motoren en vele andere componenten.
Gebruik van composieten in het Dreamliner Airframe
De Dreamliner heeft een casco dat voor bijna 50% bestaat koolstofvezel versterkte kunststof en andere composieten. Deze aanpak biedt een gewichtsbesparing van gemiddeld 20 procent in vergelijking met conventioneler (en verouderd) aluminium ontwerpen.
Composieten in het casco hebben ook onderhoudsvoordelen. Een typisch verlijmde reparatie kan 24 of meer uur uitvaltijd van het vliegtuig vergen, maar Boeing heeft een nieuwe lijn van onderhoudsreparatiemogelijkheden ontwikkeld waarvoor minder dan een uur nodig is. Deze snelle techniek biedt de mogelijkheid voor tijdelijke reparaties en een snelle doorlooptijd, terwijl dergelijke kleine schade een aluminium vliegtuig aan de grond had kunnen houden. Dat is een intrigerend perspectief.
De romp is opgebouwd uit buisvormige segmenten die vervolgens bij de eindmontage worden samengevoegd. Het gebruik van composieten zou 50.000 klinknagels per vliegtuig besparen. Elke klinknagellocatie zou onderhoudscontrole nodig hebben als een potentiële storingslocatie. En dat zijn slechts klinknagels!
Composieten in de motoren
De Dreamliner heeft GE (GEnx-1B) en Rolls Royce (Trent 1000) motoropties, en beide gebruiken veel composieten. De gondels (inlaat- en waaierkappen) zijn een voor de hand liggende kandidaat voor composieten. Composieten worden echter zelfs gebruikt in de ventilatorbladen van de GE-motoren. De blade-technologie is enorm vooruitgegaan sinds de dagen van de Rolls-Royce RB211. De vroege technologie bracht het bedrijf in 1971 failliet toen de Hyfil-ventilatorbladen van koolstofvezel faalden in vogelaanvluchttests.
General Electric loopt al sinds 1995 voorop met titanium-tip composiet ventilatorbladtechnologie. In de Dreamliner-centrale worden composieten gebruikt voor de eerste 5 trappen van de 7-traps lagedrukturbine.
Meer over minder gewicht
Hoe zit het met sommige cijfers? De lichtgewicht ventilatorbehuizing van de GE-energiecentrale vermindert het vliegtuiggewicht met 1200 pond (meer dan ½ ton). De kast is versterkt met koolstofvezel vlechtwerk. Dat is slechts de gewichtsbesparing van de ventilatorbehuizing en het is een belangrijke indicator voor de sterkte / gewichtsvoordelen van composieten. Dit komt omdat een ventilatorbehuizing al het vuil moet bevatten in het geval van een ventilatorstoring. Als het geen puin bevat, kan de motor niet worden gecertificeerd voor vlucht.
Gewicht bespaard in turbinebladen van het blad bespaart ook gewicht in de vereiste opsluitkoffer en rotoren. Dit vermenigvuldigt de besparing en verbetert de verhouding vermogen / gewicht.
In totaal bevat elke Dreamliner ongeveer 70.000 pond (33 ton) met koolstofvezel versterkt plastic - waarvan ongeveer 45.000 (20 ton) pond koolstofvezel is.
Conclusie
De vroege ontwerp- en productieproblemen van het gebruik van composieten in vliegtuigen zijn nu overwonnen. De Dreamliner staat op het hoogtepunt van vliegtuigbrandstofefficiëntie, minimale impact op het milieu en veiligheid. Met een lager aantal componenten, een lager niveau van onderhoudscontrole en een langere zendtijd, worden de ondersteuningskosten aanzienlijk verlaagd voor luchtvaartmaatschappijen.
Van ventilatorbladen tot romp, vleugels tot wasruimtes, de efficiëntie van de Dreamliner zou onmogelijk zijn zonder geavanceerde composieten.