787 Dreamliner di Boeing

Qual è la densità media dei materiali utilizzati in un aereo di linea moderno? Qualunque cosa sia, la riduzione della densità media è stata enorme da quando i fratelli Wright hanno pilotato il primo aereo pratico. La spinta a ridurre il peso negli aerei è aggressiva, continua e accelerata dall'aumento rapido dei prezzi del carburante. Questa unità riduce i costi specifici del carburante, migliora l'equazione portata / carico utile e aiuta l'ambiente. I compositi svolgono un ruolo importante nei moderni aeroplani e il Boeing Dreamliner non fa eccezione nel mantenimento del calo di peso.

Compositi e riduzione del peso

La Douglas DC3 (risalente al 1936) aveva un peso al decollo di circa 25.200 libbre con un complemento passeggeri di circa 25. Con una portata massima di carico di 350 miglia, vale a dire circa 3 libbre per miglio passeggero. Il Boeing Dreamliner ha un peso al decollo di 550.000 libbre che trasporta 290 passeggeri. Con una gamma a pieno carico di oltre 8.000 miglia, si tratta di circa ¼ libbra per miglio passeggeri - 1100% migliore!

I motori a reazione, il design migliore, la tecnologia di riduzione del peso come il fly by wire - tutti hanno contribuito al salto di qualità - ma i compositi hanno avuto un ruolo enorme da svolgere. Sono utilizzati nella cellula Dreamliner, nei motori e in molti altri componenti.

Uso dei compositi nell'aereo Dreamliner

Il Dreamliner ha una cellula composta da quasi il 50% di plastica rinforzata con fibra di carbonio e altri compositi. Questo approccio offre un risparmio di peso in media del 20% rispetto ai design in alluminio più convenzionali (e obsoleti).

Anche i compositi nella cellula presentano vantaggi di manutenzione. Una riparazione tipicamente legata può richiedere 24 o più ore di fermo macchina in aereo, ma Boeing ha sviluppato una nuova linea di capacità di riparazione di manutenzione che richiede meno di un'ora per essere applicata. Questa tecnica veloce offre la possibilità di riparazioni temporanee e una rapida inversione di tendenza, mentre danni minori potrebbero aver messo a terra un aereo di alluminio. Questa è una prospettiva intrigante.

La fusoliera è costruita in segmenti tubolari che vengono poi uniti durante l'assemblaggio finale. Si dice che l'uso di materiali compositi salvi 50.000 rivetti per piano. Ogni sito di rivetti avrebbe richiesto un controllo di manutenzione come potenziale luogo di guasto. E questo è solo rivetti!

Compositi nei motori

Il Dreamliner ha opzioni di motore GE (GEnx-1B) e Rolls Royce (Trent 1000) ed entrambi utilizzano ampiamente i compositi. Le gondole (cappucci di aspirazione e di ventilazione) sono un candidato ovvio per i compositi. Tuttavia, i compositi vengono persino utilizzati nelle pale dei ventilatori dei motori GE. La tecnologia delle pale è notevolmente migliorata dai tempi della Rolls-Royce RB211. La prima tecnologia ha fatto fallire la società nel 1971 quando le pale della ventola in fibra di carbonio Hyfil fallirono nei test di bird strike.

General Electric ha aperto la strada con la tecnologia della pala del ventilatore composito con punta in titanio dal 1995. Nella centrale elettrica di Dreamliner, i compositi sono utilizzati per i primi 5 stadi della turbina a bassa pressione a 7 stadi.

Maggiori informazioni su meno peso

Che dire di alcuni numeri? La valigetta di contenimento dei ventilatori della centrale elettrica GE riduce il peso dell'aeromobile di 1200 libbre (oltre ½ tonnellata). La custodia è rinforzata con treccia in fibra di carbonio. Questo è solo il risparmio di peso della cassa della ventola ed è un indicatore importante dei vantaggi di resistenza / peso dei compositi. Questo perché un caso di ventilatore deve contenere tutti i detriti in caso di guasto di un ventilatore. Se non contiene detriti, il motore non può essere certificato per il volo.

Il peso risparmiato nelle pale della turbina a pale consente inoltre di risparmiare peso nella scatola di contenimento e nei rotori richiesti. Questo moltiplica il suo risparmio e migliora il suo rapporto peso / potenza.

In totale ogni Dreamliner contiene circa 70.000 libbre (33 tonnellate) di plastica rinforzata con fibra di carbonio - di cui circa 45.000 (20 tonnellate) è fibra di carbonio.

Conclusione

I primi problemi di progettazione e produzione legati all'uso dei compositi negli aeroplani sono stati superati. Il Dreamliner è all'apice del consumo di carburante dell'aereo, dell'impatto ambientale e della sicurezza ridotti al minimo. Con un numero ridotto di componenti, livelli più bassi di controllo della manutenzione e tempi di trasmissione più lunghi, i costi di supporto sono significativamente ridotti per gli operatori aerei.

Dalle pale del ventilatore alla fusoliera, dalle ali ai bagni, l'efficienza del Dreamliner sarebbe impossibile senza compositi avanzati.