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 dal I fratelli Wright ha volato il primo aereo pratico. Il tentativo di ridurre il peso negli aerei è aggressivo, continuo e accelerato 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 utile di 350 miglia, si tratta di circa 3 sterline per miglio passeggeri. 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% in più!
Motori a reazione, design migliore, tecnologia per il risparmio di peso come il fly by wire - tutti hanno contribuito al salto di qualità - ma 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 che comprende quasi il 50% fibra di carbonio plastica rinforzata e altri compositi. Questo approccio offre un risparmio di peso in media del 20% rispetto a quelli più convenzionali (e obsoleti) alluminio disegni.
Anche i compositi nella cellula presentano vantaggi di manutenzione. Una riparazione tipicamente legata può richiedere 24 o più ore di inattività dell'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 così lievi potrebbero aver messo a terra un aeroplano 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 Hyfil in fibra di carbonio fallirono nei test di bird strike.
General Electric ha aperto la strada con la tecnologia della pala composita con punta in titanio dal 1995. Nella centrale elettrica di Dreamliner, i compositi vengono 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 un tempo di trasmissione maggiore, 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.