Ніколи не замислювався про те, як Boeing 787 зміг літати
Яка середня щільність матеріалів, що використовуються в сучасному авіалайнері? Як би там не було, скорочення середньої щільності було величезним з тих пір, як брати Райт здійснили перший практичний літак. Зменшення ваги двигуна в літаках є агресивним і постійним, а ціни на паливо стрімко зростають прискореними темпами. Цей привід спеціально знижує витрати на паливо, покращує рівняння діапазону/корисного навантаження та захищає навколишнє середовище. Композити відіграють важливу роль у сучасних літаках, і Boeing Dreamliner не є винятком у підтримці історії зменшення ваги.
Композити та втрата ваги
Дуглас DC3 (побудований у 1936 році) мав вагу спускового механізму близько 25200 фунтів з пасажирським складом близько 25. При максимальному діапазоні корисного навантаження 350 миль, це близько 3 фунтів на милю пасажира. Boeing Dreamliner має злітну вагу 550 000 фунтів і перевозить 290 пасажирів. При повністю зарядженому діапазоні понад 8000 миль, це приблизно ¼ фунта за милю пасажира - на 1100% краще!
Реактивні двигуни, кращий дизайн, економія ваги, такі як технологія наземного дроту - все це сприяло квантовому стрибку, але композити відіграли важливу роль. Вони використовуються в камері Dreamliner, двигунах та багатьох інших компонентах.
Використання композитів у Dreamliner Airframe
Dreamliner має комірку, яка складається приблизно з 50% армованого вуглецевим волокном пластику та інших композитних матеріалів. Цей підхід забезпечує економію ваги в середньому на 20 відсотків порівняно зі звичайною (і застарілою) конструкцією з алюмінію.
Композити в клітині також мають переваги в обслуговуванні. Типово пов'язаний ремонт може зажадати 24 години або більше простою в польоті, але компанія Boeing розробила нову лінію технічного обслуговування та ремонту, яка застосовується менше години. Ця швидка техніка пропонує можливість тимчасового ремонту та швидкого ремонту, тоді як такі незначні пошкодження можуть мати заземлену алюмінієву площину. Це цікава перспектива.
Фюзеляж побудований у трубчастих сегментах, які потім з'єднуються між собою під час остаточного складання. Кажуть, що використання композиту дозволяє економити 50 000 заклепок на рівні. Будь-який веб-сайт, який гниє, потребував перевірки технічного обслуговування як потенційного пункту несправності. І це просто клепання!
Композити в двигунах
Dreamliner має варіанти двигунів GE (GEnx-1B) та Rolls Royce (Trent 1000), і обидва широко використовують композити. Гондоли (вхідні та вентиляційні кожухи) є очевидним кандидатом для композитів. Однак композити також використовуються в лопатях вентиляторів на двигунах GE. Технологія леза надзвичайно просунулася з часів Rolls-Royce RB211. Рання технологія збанкрутувала компанію в 1971 році, коли вона не пройшла тести на страйк птахів із лопатками вентиляторів з вуглеволокнистого волокна Hyfil.
General Electric продемонструвала технологію композитних лопатей вентилятора з титановим наконечником з 1995 року. На електростанції Dreamliner композити використовуються для перших 5 ступенів 7-ступінчастої турбіни низького тиску.
Детальніше про меншу вагу
А як щодо деяких цифр? Легка вентиляторна клітка GE Power Plant зменшила вагу літака на 1200 фунтів (більше ½ тонни). Корпус посилений оплеткою з вуглеволокна. Це лише економія ваги корпусу вентилятора, і це важливий показник міцності/ваги композитів. Це пов’язано з тим, що у корпусі вентилятора є все сміття, що міститься у разі відмови вентилятора. Якщо воно не містить сміття, тоді двигун не може бути сертифікований на рейс.
Вага, що зберігається в лопатках турбінних лопатей, також економить вагу в необхідному опорному корпусі та роторах. Це примножує його економію та покращує співвідношення потужність/вага.
Загалом кожен Dreamliner містить близько 70 000 фунтів (33 тонни) армованого вуглецевим волокном пластику - з них близько 45 000 фунтів (20 тонн) фунтів вуглецевого волокна.
Висновок
Ранні проблеми розробки та виробництва композитів, що використовуються в літаках, були подолані. Dreamliner знаходиться на передньому краї в галузі паливної ефективності, мінімізуючи вплив на довкілля та безпеку. Завдяки зменшенню кількості компонентів, зменшенню рівня технічного обслуговування та збільшенню кількості ефірних витрат, підтримка авіакомпаній значно зменшується.
Від лопатей вентилятора до фюзеляжу, лез до ванних кімнат - ефективність Dreamliner була б неможливою без розширених композитів.