Какова средняя плотность материалов, используемых в современном авиалайнере? Как бы то ни было, снижение средней плотности было огромным, так как Братья Райт полетел первый практический самолет. Стремление снизить вес в самолетах является агрессивным, непрерывным и ускоряется благодаря быстрому росту цен на топливо. Этот привод снижает удельные затраты топлива, улучшает уравнение дальности / полезной нагрузки и помогает окружающей среде. Композиты играют важную роль в современных самолетах, и Boeing Dreamliner не является исключением в поддержании тенденции к снижению веса.
Композиты и снижение веса
Взлетный вес Douglas DC3 (датируемый 1936 годом) составлял около 25 200 фунтов, а пассажирский комплект - около 25. С максимальным диапазоном полезной нагрузки 350 миль, это около 3 фунтов на пассажирскую милю. Взлетный вес Boeing Dreamliner составляет 550 000 фунтов, перевозящих 290 пассажиров. При полной загруженности более 8000 миль это примерно ¼ фунта на одну пассажирскую милю - на 1100% лучше!
Реактивные двигатели, лучший дизайн, технологии снижения веса, такие как мухи по проводам, - все это способствовало качественному скачку - но композиты сыграли огромную роль. Они используются в планерах Dreamliner, двигателях и многих других компонентах.
Использование композитов в планере Dreamliner
Dreamliner имеет планер, составляющий почти 50% углеродное волокно армированный пластик и другие композиты. Такой подход обеспечивает снижение веса в среднем на 20 процентов по сравнению с более традиционными (и устаревшими) алюминий конструкций.
Композиты в планере также имеют преимущества в обслуживании. Как правило, для ремонта, связанного с ремонтом, может потребоваться 24 или более часов простоя самолета, но Boeing разработал новую линейку средств для ремонта, для применения которой требуется менее часа. Эта быстрая техника дает возможность для временного ремонта и быстрого оборота, в то время как такой незначительный ущерб мог привести к заземлению алюминиевого самолета. Это интригующая перспектива.
Фюзеляж состоит из трубчатых сегментов, которые затем соединяются вместе во время окончательной сборки. Говорят, что использование композитов позволяет сэкономить 50 000 заклепок на плоскость. Каждое место заклепки потребовало бы проверки технического обслуживания в качестве места потенциального отказа. И это только заклепки!
Композиты в двигателях
Dreamliner имеет опции двигателей GE (GEnx-1B) и Rolls Royce (Trent 1000), и оба широко используют композиты. Гондолы (впускные и веерные обтекатели) являются очевидным кандидатом на композиты. Тем не менее, композиты даже используются в лопастях вентилятора двигателей GE. Технология лезвий значительно продвинулась со времен Rolls-Royce RB211. Первые технологии обанкротили компанию в 1971 году, когда их лопасти вентилятора из углеродного волокна Hyfil не прошли испытания на удар птиц.
General Electric является лидером в производстве композитных лопастей вентилятора с титановым наконечником с 1995 года. На электростанции Dreamliner композиты используются для первых 5 ступеней 7-ступенчатой турбины низкого давления.
Больше о меньшем весе
Как насчет некоторых чисел? Легкий кожух вентилятора силовой установки GE снижает вес самолета на 1200 фунтов (более ½ тонны). Корпус усилен оплеткой из углеродного волокна. Это просто снижение веса корпуса вентилятора и важный показатель прочности / веса композитов. Это связано с тем, что корпус вентилятора должен содержать весь мусор в случае отказа вентилятора. Если в нем нет мусора, двигатель не может быть сертифицирован для полета.
Вес, сэкономленный в лопатках турбинных лопаток, также экономит вес в необходимом защитном кожухе и роторах. Это увеличивает экономию и улучшает соотношение мощности и веса.
В общей сложности каждый Dreamliner содержит около 70000 фунтов (33 тонны) углепластика, из которых около 45000 фунтов (20 тонн) составляют углеродные волокна.
Вывод
Ранние проблемы проектирования и производства использования композитов в самолетах были преодолены. Dreamliner находится на пике топливной эффективности самолета, сводит к минимуму воздействие на окружающую среду и безопасность. Благодаря уменьшенному количеству компонентов, более низким уровням проверки технического обслуживания и большему эфирному времени расходы на поддержку значительно снижаются для авиакомпаний.
От лопастей вентилятора до фюзеляжа, от крыльев до туалетных комнат эффективность Dreamliner была бы невозможна без современных композитов.