Kompositer i Boeings 787 Dreamliner

Vilken är den genomsnittliga densiteten för de material som används i en modern flygplan? Hur det än är, har minskningen i genomsnittlig täthet varit enorm sedan den Bröderna Wright flög det första praktiska flygplanet. Drivkraften för att minska vikten i flygplan är aggressiv och kontinuerlig och påskyndas av snabbt stigande bränslepriser. Den här enheten sänker specifika bränslekostnader, förbättrar räckvidden / nyttolastekvationen och hjälper miljön. Kompositer spelar en viktig roll i moderna flygplan och Boeing Dreamliner är inget undantag för att bibehålla den minskande viktrenden.

Douglas DC3 (från 1936) hade en startvikt på cirka 25 200 pund med ett passagerarkomplex på cirka 25. Med en maximal nyttolast på 350 mil är det cirka 3 pund per passagerarmil. Boeing Dreamliner har en startvikt på 550 000 pund med 290 passagerare. Med ett fulladdat intervall på över 8 000 mil är det ungefär ett pund per passagerarmil - 1100% bättre!

Jetmotorer, bättre design, viktbesparande teknik som flyg för tråd - alla har bidragit till kvantesprånget - men

Dreamliner har en flygram som består av nästan 50% kolfiber förstärkt plast och andra kompositer. Denna metod ger viktbesparingar i genomsnitt 20 procent jämfört med mer konventionella (och föråldrade) aluminium designar.

Kompositer i flygramen har också underhållsfördelar. En typiskt bunden reparation kan kräva 24 timmars drifttid för flygplan men Boeing har utvecklat en ny linje med underhållsreparationsförmåga som kräver mindre än en timme att applicera. Denna snabba teknik ger möjlighet till tillfälliga reparationer och en snabb vändning medan sådana mindre skador kan ha jordat ett aluminiumflygplan. Det är ett spännande perspektiv.

Kroppen är konstruerad i rörformiga segment som sedan sammanfogas under slutmontering. Användningen av kompositer sägs spara 50 000 nitar per plan. Varje nitplats skulle kräva underhållskontroll som en potentiell felplats. Och det är bara nitar!

Dreamliner har GE (GEnx-1B) och Rolls Royce (Trent 1000) motoralternativ, och båda använder kompositer i stor utsträckning. Nacellerna (inlopps- och fläktkrokar) är en uppenbar kandidat för kompositer. Men kompositer används till och med i fläktbladen hos GE-motorerna. Bladeteknologin har utvecklats enormt sedan Rolls-Royce RB211. Den tidiga tekniken konkursade företaget 1971 när det är Hyfil kolfiberfläktbladen misslyckades i fågelstrejketester.

General Electric har lett vägen med titan-tippad komposit fläktbladsteknik sedan 1995. I Dreamliner kraftverk används kompositer för de första 5 stegen i 7-stegs lågtrycksturbin.

Vad sägs om vissa nummer? GE-kraftverkets hölje med låg fläktinnehåll minskar flygvikt med 1200 pund (mer än ½ ton). Väskan är förstärkt med kolfiberfläta. Det är bara viktbesparing på fanfallet, och det är en viktig indikator på kompositernas styrka / viktfördelar. Detta beror på att ett fläktfodral måste innehålla allt skräp i händelse av fläktfel. Om den inte innehåller skräp kan motorn inte certifieras för flygning.

Vikt som sparas i bladturbinblad sparar också vikt i det nödvändiga inneslutningsfodralet och rotorerna. Detta multiplicerar sparandet och förbättrar dess effekt / viktförhållande.

Totalt innehåller varje Dreamliner cirka 70 000 pund (33 ton) kolfiberarmerad plast - varav cirka 45 000 kilo är kolfiber.

De tidiga design- och produktionsproblemen med att använda kompositer i flygplan har nu övervunnits. Dreamliner är på topp med flygbränsleeffektivitet, minimerad miljöpåverkan och säkerhet. Med minskade komponentantal, lägre nivåer av underhållskontroll och högre lufttid reduceras supportkostnaderna avsevärt för flygbolagens operatörer.

Från fläktblad till flygkropp, vingar till tvättstugor skulle Dreamliner effektivitet vara omöjlig utan avancerade kompositer.