fuzelaj

Pentru a valorifica întregul potențial al compozitelor termoplastice din aviație, proiectul de generație multifuncțională de fuzelaj (Next Generation Multifunctional Fuselage Demonstration - MFFD) progresează spre integrarea tehnologiilor inovatoare Clean Sky, care vor ajuta la dezvoltarea viitorului producției europene de avioane de linie, mai ecologică, și mai competitiv. Cu o integrare mai mare între fuzelaj, sisteme, elemente de marfă și cabină într-o etapă anterioară de proiectare utilizând o abordare holistică și modulară, liniile de asamblare ale aeronavelor din Europa vor fi mai bine plasate pentru a răspunde la rata de creștere de 5% a pieței globale a transportului aerian.

„Modularitatea, integrarea și crearea de platforme comune sunt esențiale”, spune Ralf Herrmann, Airframe Research & Technology Typical Fuselage la Airbus Operations GmbH. „Știm de multă vreme că beneficiile reducerii greutății și scăderii costurilor recurente în producția de aeronave - atunci când se utilizează compozite termoplastice - pot fi realizate numai prin integrarea mai multor discipline. Acest lucru înseamnă că concentrarea doar asupra structurii nu poate pentru a obține beneficiul deplin al tehnologiei compozite, trebuie să colaborăm de la început la mai multe niveluri cu experți în sisteme și experți în cabină și trebuie să aplicăm noi idei perturbatoare și să le integram în toate funcțiile. Făcând acest lucru ne va permite să valorificăm cu adevărat oportunitățile dintre aceste câteva discipline într-o singură tehnologie combinată ".

Proiectul MFFD - care urmărește să valideze combinații cu potențial ridicat de structuri ale aeronavei, cabină, marfă și elemente de sistem folosind termoplastice compozite, principii inovatoare de proiectare și arhitectură avansată a sistemului în combinație cu cabina de generația următoare - are o listă de verificare formidabilă a obiectivelor cuantificabile:

Acesta își propune să permită rate de producție de cel puțin 60 de avioane mari de pasageri pe lună, reducând în același timp greutatea fuselajului cu 1 tonă, cu o reducere a costurilor recurente. La rândul său, aceasta ar aduce reduceri semnificative ale consumului de combustibil - și, prin urmare, o reducere a amprentei de CO2 și NOx - prin reducerea substanțială a consumului total de energie al aeronavelor datorită sistemelor cu greutate mai mică și integrării îmbunătățite a arhitecturii sistemului. La baza tuturor acestea se află aplicarea oportunităților din industria 4.0, inclusiv proiectarea pentru fabricare și automatizare, senzorizare și analiza datelor pentru a demonstra efectele dorite ale costurilor de fabricație.

Condus de Airbus și care încorporează expertiza Fokker GKN, DLR, TU Delft, NLR, Fraunhofer-Gesellschaft și a altor parteneri, proiectul se desfășoară până în 2023, unul dintre „livrabilele” majore fiind un butoi compus termoplastic de 8 metri lungime, care va fi fabricat până în 2022. Acest demonstrator la sol va fi susținut de diverse platforme de testare mai mici și demonstratoare de componente în faza pregătitoare a programului, urmărind să ajungă la TRL 6 în ceea ce privește noile materiale, concepte de fabricație și asamblare.

Pivotul succesului proiectului este măsura în care se poate demonstra că materialele termoplastice compozite sunt adecvate pentru unificarea funcționalității sistemelor, cabinei și fuzelajului.

"Compozitele din fibre sunt foarte flexibile pentru proiectarea și modelarea conturului și așa mai departe. Ceea ce facem acum în ceea ce privește procesarea este evaluarea termoplasticelor care sunt ușor de modelat prin presare sau ștanțare utilizând procese de înaltă producție care sunt deja utilizate în industria auto și industriile metalice ”spune Herrmann. „Am remodelat foile plate de material în piese de formă mai complexe folosind un fel de turnare prin injecție. Avem matrițe complexe în care materialul termoplastic împreună cu fibrele sunt injectate, astfel încât să putem produce piese cu adevărat complicate, în special paranteze și altele. tipuri de componente care conectează structura fuselajului cu sistemele și monumentele cabinei. Și putem face acest lucru cu costuri de fabricație foarte mici ".

Economisirea greutății și simplificarea proceselor de asamblare și instalare a aeronavelor este doar o parte a poveștii - există și beneficii convingătoare pentru mediu, spune Herrmann:

„Dincolo de optimizarea economiilor de greutate, procesele de producție pe care le dezvoltăm consumă mai puțin timp, ceea ce înseamnă utilizarea mai puțină energie, iar aceste eficiențe se vor traduce în cele din urmă în reduceri de CO2 și NOx. Un alt aspect important este acela că prin utilizarea materialului termoplastic, a componentelor la sfârșit din viața lor de serviciu poate fi reciclată ".

Versatilitatea termoplasticelor trebuie aplicată în combinație cu o abordare de proiectare, potrivit lui Paolo Trinchieri, responsabil de proiect la Clean Sky: „Este necesar să se elimine separarea artificială a funcțiilor în etapa de pre-proiectare a aeronavei și să se planifice o rata de producție a fabricației, asamblării și instalării aeronavelor chiar la început. Nu este vorba doar de materialele termoplastice, ci și de modul de proiectare a sistemelor care sunt mai eficiente pentru a crește rata aeronavelor, a reduce costurile și a reduce greutatea aeronavei. Acesta este unul dintre factorii cheie ai proiectului Multifunctional Fuselage Demonstrator - de a concepe noi soluții pentru a proiecta structura fuselajului și de a integra sistemele și elementele cabinei într-un mod mai bun ".

Proiectul este, de asemenea, important din punct de vedere strategic pentru fabricarea aeronautică europeană. Pentru a ține pasul cu ritmul de creștere al călătoriilor cu avionul - în prezent la aproximativ cinci procente - avioanele trebuie să crească nivelurile de producție. Dar metodele actuale de fabricare a aeronavelor implică o abordare secvențială prin care fuselajul trebuie să fie într-o stare avansată de finalizare înainte ca sistemele și, ulterior, să poată fi instalate caracteristicile cabinei și încărcăturii. Acolo proiectul MFFD al Clean Sky este un schimbător de jocuri:

„Abordarea secvențială a fabricării consumă mult timp și este„ sensibilă la defecțiuni ”și, din acest motiv, dorim cu adevărat să avem elemente structurale pre-echipate și module de sistem care sunt extrem de integrate, care pot fi instalate în structură destul de devreme, înainte ca asamblarea finală să aibă a avut loc "explică Herrmann.

„Prin integrarea mai mare a structurii, sistemelor și a elementelor interioare, devine viabilă reducerea cantității de pași succesivi. Folosirea noilor tehnologii de îmbinare termoplastică care permit combinarea elementelor turnate în componente mai mari face parte, de asemenea, din plan. Ce facem acum investighează și testează îmbinarea, prin sudare, a structurilor termoplastice mai mari, ceea ce duce la producerea unui butoi complet de fuzelaj. Termoplastele sunt un material mai scump decât ceea ce se folosește în prezent pentru structuri și consolele lor de legătură și punctele de ancorare, dar datorită faptului că putem automatiza și fi mai eficienți putem reduce costurile generale de fabricație, precum și costurile recurente ”, spune Herrmann. "Avioanele din afara Europei caută, de asemenea, oportunități similare, dar dacă vom avea succes, acesta va fi un mare pas înainte pentru aeronautica europeană".

Acesta este destul de un roman în aeronautică. Proiectul lucrează acum la generarea și progresul „cărămizilor tehnologici” și „proiectelor permise” care sunt aplicabile sudării structurilor termoplastice compozite mari, pentru a se asigura că termoplastele sudate pe această scară fără precedent pot suporta sarcinile pe durata unei durata de viață a aeronavei. În ceea ce privește procesul și parametrii, este vorba de adaptarea a ceea ce este deja cunoscut în ceea ce privește piesele termoplastice mai mici și de a vedea ce este necesar să se extindă pentru a face posibilă fabricarea pieselor mari de fuzelaj. Planul este să înceapă producția butoiului real al fuselajului în 2020, având primele componente mari pregătite în 2021 și să aibă gata final butoiul până la sfârșitul anului 2022.

Ceea ce înseamnă acest lucru potențial pentru operatorii aeronavei este că, printr-o formă mai modulară de design, va fi posibil să se adapteze și să modifice interiorul cabinei dacă companiile aeriene doresc să schimbe elementele cabinei, cum ar fi monumente noi, scaune, pereți despărțitori de cabină, galere și așa mai departe, pe parcursul duratei de viață a aeronavei. Îmbunătățirile interioare ale cabinei sunt esențiale pentru marcarea companiilor aeriene și pentru diferențierea experienței pasagerilor în zbor, iar un fuzelaj termoplastic ar putea fi proiectat cu puncte de ancorare integrate care ar face viitoarele schimbări de amenajare a cabinei mai ușor de implementat.

„În prezent, efectuăm testări de cupoane și teste de componente mici împreună cu partenerii noștri și explorăm posibilitățile modului în care folosim sudarea elementelor structurale mari pentru a reduce greutatea totală și a promova flexibilitatea operatorilor pentru reconfigurarea cabinelor în viitor”, conchide Herrmann. „Pentru Europa, aceasta ar putea fi o capacitate autonomă în ceea ce privește concurența. Clean Sky a fost și continuă să fie esențial în reunirea tuturor partenerilor din acest proiect. Deși suntem uneori concurenți în alte proiecte, acest Clean Sky special proiectul demonstrează puterea colaborării și valoarea sa pentru viitorul aeronauticii europene ".