Úspora paliva vďaka ľahkej konštrukčnej technológii
Úspora paliva vďaka ľahkej konštrukčnej technológii Prof. Dr.-Ing. Axel Herrmann Pierre Figures
Obsah Úvod Zvyšovanie palivovej účinnosti Programy financovania ľahkých konštrukčných technológií Zhrnutie strana 2
Úvod znamená o 1 kg menšiu konštrukčnú hmotnosť
Úspora 3 ton paliva za 20 rokov prevádzky (A340-300) Zdroj: Airbus Strana 3
Obsah Úvod Zvyšovanie palivovej efektívnosti Podporné programy pre ľahké stavebné technológie Zhrnutie strana 4
Zvýšená účinnosť paliva vďaka. Redukcia odporu - aerodynamický dizajn - kvalita povrchu - adaptívne štruktúry Zdroj: Zephyr. Efektívnejšie motory Zdroj: Čistá obloha JTI strana 5
Zvýšená účinnosť paliva vďaka. optimalizované letové trasy Zdroj: Northrop Grumman. nižšia hmotnosť - vyššia nosnosť - vyšší počet cestujúcich strana 6
Zníženie hmotnosti Významný potenciál pre zníženie hmotnosti Optimalizované konštrukčné a výpočtové metódy Nové materiály a súvisiace výrobné technológie Potenciál CFRP Potenciál pre zníženie hmotnosti je 70% v porovnaní s oceľou a 40% v porovnaní s hliníkom strana 7
Konkrétne príklady A300 SLW v kovovej konštrukcii - zníženie hmotnosti o 1972-800 kg pomocou CFRP pri použití modelu A319 Prestavba otočného ramena CPR na CFRP v modeli A340 500/600 A300 SLW v konštrukcii CFRP - dnes - o 8 miest viac otočného ramena AL-TI-AL: 46,0 kg CFRP otočné rameno: 25,6 kg 22% zníženie hmotnosti Úspora petroleja počas životného cyklu lietadla: 800 ton dodatočného príjmu pre letecké spoločnosti ročne na lietadlo: 2 milióny úspor hmotnosti: 46% úspora nákladov: 28% Page 8
Obsah Úvod Zvyšovanie palivovej účinnosti Programy financovania ľahkých konštrukčných technológií Zhrnutie strana 9
Program financovania Čisté nebo (projekt EÚ) Ekologické riešenia civilného letectva 6 rokov 1,6 miliardy Page 10
Program financovania Čistá obloha (projekt EÚ) Smart Fixed Wing Aircraft CFRP s termoplastickými vrstvami CFRP vystužené nanočasticami CFRP štruktúry s integrovanými piezo snímačmi Inovatívne výrobné metódy a procesy Zníženie štrukturálnej hmotnosti pomocou CFRP strana 11
Programy financovania USA Ceny NASA - Budúca zmluva o výskume komerčných lietadiel Vývoj koncepcií pre budúce komerčné dopravné lietadlá so zlepšenou účinnosťou a nízkymi emisiami Zdroj: Lockheed Martin 12,4 mil. USD Zdroj: Boeing Zdroj: MIT V prevádzke: 25-30 rokov Zdroj: GE Aviation Zdroj: Boeing Strana 12
Programy financovania pre automobilový priemysel Plán rozvoja automobilového priemyslu (Nemecko, BMBF) 200 miliónov eur, 10 rokov kľúčových tém: batérie, nové koncepty vozidiel, ekologické vozidlá (EÚ) 5 miliónov eur, tri hlavné oblasti: Zdroj: Iniciatíva zelených automobilov Zdroj: BMBF Automobilität - zelená doprava v cestnej premávke - podpora priemyselných projektov - regulačné zmeny, ako napr Zníženie dane z ekologických vozidiel strana 13
Obsah Úvod Zvyšovanie palivovej efektívnosti Podporné programy pre ľahké stavebné technológie Zhrnutie strana 14
Ľahká konštrukčná technológia Výzvy v ľahkej konštrukcii Optimalizovaná konštrukčná hmotnosť Výrazné zníženie výrobných nákladov Robustné procesy Potenciál úspor nákladov prostredníctvom plne automatizovanej výroby pomocou príkladu rámu CFRP Dosahovanie cieľov znižovaním nákladov na polotovary Vývoj automatizovaných technológií textilných predliskov Príklad rámu CFRP v technológii predliskov Page 15
Technológia CFRP rámu - konštrukčné metódy výhody integrálnej oproti diferenciálnej úspore konštrukčnej hmotnosti - 15% nižšie výrobné náklady - 70% - znížené náklady na materiál a montáž - menej spojovacích prvkov škrupiny trupu s nosníkmi a rámami Zdroj: CTC Možné varianty rámu Výhody diferenciálnej konštrukcie nízke riziko vzhľadom na zmeny návrhu a jednoduchú geometriu Kompenzácia výrobných tolerancií v montáži strana 16
Technológia CFRP rámov - segmentácia jednoduché horné a spodné rámy rámu konštantný prierez a zakrivenie žiadne lokálne výstuhy jednoduchý rám komplexný rám komplexné bočné rámy rámu zložité zavedenie meniaca sa výška profilu lokálne výstuhy meniaci sa polomer zakrivenia výber technológie predlisku pre segmenty rámu s rôznou zložitosťou dáva zmysel strana 17
CFRP čipová technológia priama výroba predlisku Priame spracovanie uhlíkových vlákien Nízke náklady na materiál (žiadna výroba polotovarov) Kontinuálne výrobné koncepty Vysoké výstupné rýchlosti Nízka flexibilita vzhľadom na lokálne zosilnenie Zdroj: EADS IW Opletenie Zdroj: EADS IW Zdroj: EADS IW UD opletenie 30 vrstva vinutia 90 kompletný systém BRAF Vhodné pre jednoduché segmenty rámu Zdroj: EADS IW strana 18
CFRP technológia čipov nepriama výroba predliskov Spracovanie plochých, prípadne prefabrikovaných polotovarov z vláknitých výrobkov (mramor alebo tkanina) Vysoká flexibilita pre zmeny prierezu a lokálne zosilnenie K dispozícii sú nepretržité a nepretržité procesy Zdroj: EADS IW Zakrytie výrezu scrimu vhodné pre zložité segmenty rámu Príklady súvislých procesov: 3D Profily nepretržitý proces: KaPS Automatické skladovanie polotovarov zo suchých vlákien pomocou valcového efektora Strana 19 Zdroj: CTC
CFRP technológia rámu Príklad 3D profilová technológia Kontinuálne tvarovanie plochých polotovarov a automatická montáž do predlisku Zdroj: FIBER Verifikačné testy v laboratóriu Princíp výrobného procesu Ciele projektu Vývoj procesu kontinuálnej výroby variabilných a silne zakrivených predliskov CFRP rámu 30% zníženie výrobných nákladov a 50% zníženie v Čas priepustnosti v porovnaní s diskontinuálnou výrobou predliskov. Nastavenie testovacieho zariadenia a výroby. Zdroj: FIBER od spoločnosti LCF-Preforms strana 20
Výroba rámu CFRP Príklad Technológia KaPS Radiálne zakrytie karbónových vlákien rozrezaných na jadrá predliskov Konsolidácia aktiváciou práškových konektorov Zdroj: CTC Zdroj: CTC Automatický proces ručného zakrytia implementovaný automaticky, overovacie testy Ciele projektu Vývoj a validácia výroby RTM Výpočet výrobných nákladov na sériovú výrobu KaPS: Koncept automatizovanej výroby predliskov CFRP rámec Vývoj automatizovaných efektorov Strana 21
Obsah Úvod Zvyšovanie palivovej účinnosti Programy financovania ľahkých konštrukčných technológií Zhrnutie strana 22
Zhrnutie Znížená konštrukčná hmotnosť významne prispieva k zvýšeniu palivovej účinnosti lietadla. O 1 kg menšia konštrukčná hmotnosť znamená
Úspora 3 ton paliva za 20 rokov prevádzky (A340-300) Téma palivovo efektívnej ľahkej konštrukcie je osobitne zohľadnená v širokej škále programov financovania. Automatizované technológie predliskov pre výrobu štruktúr z CFRP sú kľúčom k zvýšeniu palivovej účinnosti vďaka ľahkej konštrukcii. Strana 23
CTC GMBH. Všetky práva vyhradené. Dôverný a chránený dokument. Tento dokument a všetky informácie v ňom obsiahnuté sú výhradným vlastníctvom spoločnosti CTC GMBH. Doručením tohto dokumentu alebo zverejnením jeho obsahu nevznikajú žiadne práva na duševné vlastníctvo. Tento dokument sa nemôže reprodukovať alebo sprístupniť tretej strane bez výslovného písomného súhlasu spoločnosti CTC GMBH. Tento dokument a jeho obsah sa môže použiť iba na určený účel. Vyhlásenia uvedené v tomto dokumente nepredstavujú ponuku. Boli urobené na základe uvedených predpokladov a v dobrej viere. Ak nie sú uvedené súvisiace dôvody pre tieto tvrdenia, spoločnosť CTC GMBH rád vysvetlí ich základ.