Už ste niekedy premýšľali, ako bol Boeing 787 schopný lietať
Aká je priemerná hustota materiálov použitých v modernom dopravnom lietadle? Nech je to čokoľvek, zníženie priemernej hustoty bolo obrovské, odkedy bratia Wrightovci leteli s prvým praktickým lietadlom. Znižovanie hmotnosti motora v lietadle je agresívne a kontinuálne a ceny pohonných hmôt rýchlo rastú zrýchleným tempom. Tento pohon konkrétne znižuje náklady na palivo, zlepšuje rovnicu dojazdu/užitočného zaťaženia a chráni životné prostredie. Kompozity hrajú v moderných lietadlách dôležitú úlohu a Boeing Dreamliner nie je výnimkou pri udržiavaní histórie klesajúcej hmotnosti.
Kompozity a chudnutie
Douglas DC3 (z roku 1936) mal spúšťaciu hmotnosť asi 25 200 libier s prídavkom pre cestujúcich asi 25. S maximálnym rozsahom užitočného zaťaženia 350 míľ, čo je asi 3 libry na míľu cestujúceho. Boeing Dreamliner má vzletovú hmotnosť 550 000 libier a prepraví 290 cestujúcich. S plne nabitým dojazdom viac ako 8 000 míľ je to asi ¼ libra na míľu cestujúceho - o 1 100% lepšie!
Prúdové motory, lepšia konštrukcia, technológia na zníženie hmotnosti, ako napríklad fly-by-wire - to všetko prispelo ku kvantovému skoku - ale kompozity zohrali obrovskú úlohu. Používajú sa v bunke Dreamliner, motoroch a mnohých ďalších komponentoch.
Použitie kompozitov v draku lietadla Dreamliner
Dreamliner má komoru zloženú z približne 50% plastu vystuženého uhlíkovými vláknami a iných kompozitných materiálov. Tento prístup ponúka zníženie hmotnosti v priemere o 20 percent v porovnaní s konvenčným (a zastaraným) hliníkovým dizajnom.
Kompozity v komore majú tiež výhody pri údržbe. Obyčajne viazaná oprava môže vyžadovať 24 hodín alebo viac prestojov letov, ale spoločnosť Boeing vyvinula nový rad schopností údržby a opráv, ktorých uplatnenie trvá menej ako hodinu. Táto rýchla technika poskytuje schopnosť dočasných opráv a rýchleho obratu, zatiaľ čo pri takom malom poškodení by mohlo byť uzemnené hliníkové lietadlo. To je zaujímavá perspektíva.
Trup je skonštruovaný z rúrkových segmentov, ktoré sa potom spoja pri konečnej montáži. Použitie kompozitu údajne ušetrí 50 000 nitov na úroveň. Každá webová stránka, ktorá hnije, by potrebovala kontrolu údržby ako potenciálny bod zlyhania. A to je len strhujúce!
Kompozity v motoroch
Dreamliner má možnosti motorov GE (GEnx-1B) a Rolls Royce (Trent 1000) a obidve vo veľkej miere využívajú kompozitné materiály. Gondoly (vstupný a ventilátorový kryt) sú zrejmým kandidátom pre kompozity. Kompozity sa však používajú aj v lopatkách ventilátorov motorov GE. Technológia Blade od čias modelu Rolls-Royce RB211 ohromne pokročila. Skorá technológia skrachovala spoločnosť v roku 1971, keď neuspela v testoch vtáctva s lopatkami ventilátora z uhlíkových vlákien Hyfil.
Spoločnosť General Electric je na čele s technológiou lopatiek ventilátora s titánovým zakončením od roku 1995. V elektrárni Dreamliner sa kompozity používajú pre prvých 5 stupňov 7 stupňovej nízkotlakej turbíny.
Viac o menšej váhe
A čo nejaké čísla? Ľahká klietka ventilátora elektrárne GE znížila hmotnosť lietadla o viac ako ½ tony. Puzdro je vystužené opletením z uhlíkových vlákien. To je iba úspora hmotnosti skrinky ventilátora a je to dôležitý ukazovateľ výhod pevnosti/hmotnosti kompozitov. Je to tak preto, lebo v skrini ventilátora sú všetky zvyšky obsiahnuté v prípade poruchy ventilátora. Ak neobsahuje trosky, motor nemôže byť certifikovaný na let.
Hmotnosť uložená v lopatkách lopatiek turbíny tiež šetrí váhu v potrebnom podpornom kryte a rotoroch. To znásobuje jeho úspory a zlepšuje pomer výkon/hmotnosť.
Celkovo obsahuje každý Dreamliner asi 70 ton (33 ton) plastu vystuženého uhlíkovými vláknami - z toho asi 45 000 (20 ton) uhlíkových vlákien.
Záver
Skorý vývoj a výrobné problémy kompozitov používaných v lietadlách boli teraz prekonané. Dreamliner je na čele palivovej úspornosti lietadiel, minimalizuje dopad na životné prostredie a bezpečnosť. Vďaka zníženému počtu komponentov, nižším kontrolám údržby a vyššiemu vysielaciemu času sa náklady na podporu leteckých spoločností výrazne znižujú.
Od lopatiek ventilátora po trup, lopatky až po toalety by bola účinnosť aplikácie Dreamliner bez Advanced Composites nemožná.