Авіакомпанії намагаються подолати свою вагу

Підживлювана стрибками технологій та матеріалів, галузь має на меті полегшити навантаження літаків

Кілька років тому японська авіакомпанія ANA попросила пасажирів користуватися туалетом перед посадкою на рейс. Логіка полягала в тому, що якби кожен пасажир заздалегідь зробив комфортну перерву, навантаження літака було б легшим, а двигуни спалювали б менше палива.

Випробування тривало лише місяць, але воно підкреслило нав'язливість ваги в аерокосмічній галузі. Вага є одним з трьох найважливіших факторів, що впливає на ефективність літака після аеродинаміки та характеристик двигуна. Менша кількість палива означає менші викиди вуглекислого газу, а також економію на значних експлуатаційних витратах для авіакомпаній.

Пошук нових способів зменшити глобальний флот заважає аерокосмічній галузі, коли вона готується до літаків наступного покоління, які, як очікується, почнуть літати до 2030 року.

У жовтні уряди домовились про першу у світі глобальну кліматичну угоду для авіаційної промисловості, на частку якої припадає 2 відсотки всіх викидів СО2. З урахуванням того, що кількість пасажирів, що перевезли повітря, зросла з 3,6 млрд. До минулого року до 16 млрд. До 2050 р., За даними Iata, торгового органу, кожен аспект авіації вивчається з метою зменшення зростаючих викидів.

«Якщо ви заберете 454 кг ваги двигуна, який вартує 1 відсотка пального. Це велика фінансова економія, але також корисна для навколишнього середовища », - говорить Рік Паркер, колишній директор з досліджень та технологій компанії Rolls-Royce, а нині голова ініціативи ЄС« Чисте небо ». "Все, що ви можете зробити, щоб зменшити вагу, це добре".

Широке використання нових матеріалів - включаючи полімер, армований вуглецевим волокном - призвело до значної економії ваги. Композиційні матеріали були представлені в 1985 році на хвостовому плавнику літаків, таких як широкий корпус Airbus A310. Сьогодні Boeing та Airbus вийшли на нові позиції завдяки своїм останнім широкоформатним моделям 787 та A350. Приблизно половина цих літаків виготовлена з вуглепластикового пластику та інших композиційних матеріалів. Boeing може похвалитися тим, що 787 - найменша модель якого важить 161 тонну - пропонує 20-процентну економію ваги порівняно з еквівалентним алюмінієвим літаком.

Прокрутіть вниз для графіки, яка дивиться на те, де втрачається вага

Виробники двигунів теж знаходять способи полегшити свої турбіни - в середньому вагою 6350 кг кожна для великих літаків. За даними Rolls-Royce, із широкоформатного двигуна можна вирізати приблизно 340 кг із використанням композиційних матеріалів для лопатей вентилятора та корпусу вентилятора. Алюміній титану, ще більш новий матеріал, який замінює важкі нікелеві сплави, може додатково зменшити найгарячіші частини двигуна. Це доброчесне коло, каже пан Паркер. «Якщо ви надягнете лезо, яке на третину перевищує вагу, у вас може бути і турбінний диск, який також легший. І тоді кожух може бути легшим і тоншим. Позитивна користь кружляє ».

Інші передові матеріали, такі як легші металеві сплави та графен, також мають значення. Джефф Хант, головний інженер UTC Aerospace Systems, каже, що титанові сплави зменшили вагу шасі на тисячі кілограмів на найбільших літаках. Ще сотні можна заощадити завдяки вуглецевій технології, новим технологіям фарбування та змінам герметика, згідно з PPG, компанія з покриттів.

"Якщо ви можете зменшити навантаження, ви можете зменшити зміцнення конструкції", - говорить Роберт Лафонтан, старший віце-президент з машинобудування Airbus.

Однак сучасні літаки не обов'язково легші. Багато фунтів, скинуті за останні роки, просто звільнили місце для нових можливостей або більше пасажирів. Boeing представив більші вікна на своєму 787, що могло б мати "надмірний" вплив на вагу без економії в інших місцях, каже Ларрі Шнайдер, головний інженер програми 777.

Регулятори також підвищують стандарти безпеки. Вимога щодо безпечніших місць десять років тому додала приблизно 5 тонн (5000 кг) до середньої ваги літака, наприклад.

Recaro, німецький постачальник сидінь, каже, що вона скинула всю цю вагу та багато іншого за допомогою тонких композитних рам. Попередньо відкинуті сидіння позбавили потреби важких механічних компонентів, що дозволяють пересуватися.

Споживання електроенергії також зростає, створюючи необхідність у важчій проводці та більшому регулюванні тепла. У середньому великий комерційний пасажирський літак має на 40 відсотків більше електроніки, ніж кілька років тому, згідно з даними TE Connectivity. До 60 відсотків ваги проводки - яка може становити 5700 кг на суперджамбо - може бути вирізана шляхом переходу з міді на алюміній.

Нові методи виробництва, такі як 3D-друк, пропонують радикальні способи проектування літальних апаратів та компонентів. «Завдяки 3D-друку ви дійсно можете надати сили там, де вам це потрібно. . . і витягніть всю іншу вагу », - говорить Боб Сміт, керівник відділу технологій Honeywell Aerospace.

Літаки з електричним приводом, на які спрямовано значні кошти на розвиток, також можуть бути легшими та економічнішими.

Русс Данн, старший віце-президент GKN, британського аерокосмічного постачальника, каже, що поєднання нових технологій та матеріалів зробить революцію в дизайні літаків та способі подорожі пасажирів. До 2050 року ці 16 мільярдів повітряних пасажирів можуть насолоджуватися кардинально іншим досвідом - за одним винятком: туалети можуть бути зроблені з більш легких матеріалів, але це була б смілива авіакомпанія, яка вирішила б покінчити з ними взагалі.

Як струмені полегшують вантаж

Графіка - Ян Ботт

Кокпіт Авіакомпанії замінили льотну сумку пілота вагою 18 кг (40 фунтів), тримаючи інструкції та карти, на легші електронні планшети. Світлодіодні дисплеї також вимагають більш тонких, світлих екранів.

Фюзеляж Boeing 787 пробив новий шлях завдяки легшому композитному фюзеляжу, виготовленому цілісно. Це позбавило необхідності тисяч кріплень, щоб утримувати його разом, допомагаючи зменшити вагу літака на 20 відсотків.

Двигуни Виробники двигунів вкладають значні кошти в технологію економії ваги, щоб компенсувати дедалі більші двигуни. Виготовлення лопатей вентилятора та корпусу вентилятора з композитних матеріалів з вуглецевого волокна може вирізати 340 кг з двигуна, говорить Роллс-Ройс. Використання керамічних матричних композитів у найгарячіших частинах двигуна може усунути ще більше. General Electric отримує подальші успіхи завдяки технології 3D. Нещодавно він надрукував третину турбовинтового двигуна, який важить на 5 відсотків менше, ніж традиційна гвинтова система, і зменшує спалення палива на 1 відсоток. Потенціал очевидний для реактивних двигунів.

Занос хвоста Заміна легкосплавного хвостового полотна, що захищає задню частину фюзеляжу при зльоті, електронною системою попередження зменшила 147 кг із 777-300ER.

Електрифікація Електричні системи були використані на 787 для заміни деяких важких систем з механічним управлінням. Зараз дослідження зосереджено на потенціалі електричного рушія, який одного разу може призвести до зменшення кількості газових турбін, що живлять літак. Однак, враховуючи стан та вагу акумуляторів, до майбутнього це ще довгий шлях.

Галереї Виключення гарячого харчування на вибраних рейсах дозволило деяким авіакомпаніям вилучати печі, утилізатори відходів та цілі камбузи.

Крила Композиційні матеріали зменшують вагу крил, але удар блискавки пробивав би прямо без включення металевих елементів. Щоб уникнути додавання зайвої ваги, європейські дослідники працюють над використанням провідності матеріалів вуглецевих нанотрубок у крилах для захисту від ударів блискавки.

Сидіння Вимога до додаткових функцій безпеки збільшила вагу середнього економ-місця на 50 відсотків до 15 кг. Заміна алюмінієвих сплавів композитними матеріалами та тонший дизайн призвели до зниження середньої ваги до 10 кг та дозволили авіакомпаніям втискати більше пасажирів.

Windows Кабіни під тиском створюють величезне навантаження на вікна, для захисту яких потрібні великі несучі рами. Але досягнення технології прозорості означають, що вікна тепер можуть приймати конструктивне навантаження, усуваючи необхідність у рамах та близько 250 кг-300 кг, згідно з PPG. Врешті-решт може не виникнути необхідності у вікнах поза кабіною, якщо літаки обшиті гнучкими дисплеями, що зображують різноманітні заспокійливі сцени.

Колеса Нова гумова технологія скинула 50 кг з 12 шин на широкоформатному літаку Boeing 777-300ER.

Гальма Перехід від звичайних до вуглецевих гальм зменшив 907 кг від ваги 16 гальмівних систем 747, повідомляє UTC Aerospace Systems.

Герметик Хімічний прогрес призвів до значного зменшення ваги герметика, що використовується на планерах. Сучасний герметик на 30 відсотків легший за формули, використовувані 20 років тому, економить до 544 кг на широкофюзеляжному літаку.

Кабельна та електропроводка Заміна міді на алюмінієві дроти може заощадити до 60 відсотків з 1200 кг кабелів на типовому однопрохідному струмені. Але якщо вуглецеві нанотрубки виявляться надійними провідниками, зменшення ваги може досягати 70%. Управління тепловіддачею дозволяє інженерам зменшити діаметр провідника, заощаджуючи до 20 відсотків ваги.

Шайби Boeing врятував 53 кг, усунувши потребу в 20 000 шайбах на 777-300ER.

Фарба Фарбування та покриття зовнішньої частини супержумбо, як A380, додає від 650 до 1000 кг, і значно більше, якщо врахувати вагу покриття всіх компонентів. Нові методи, такі як заряджання деталей електричним способом перед зануренням у фарбову ванну, можуть заощадити 30-70 відсотків ваги компонентів 3м-4м.