Багатофункціональний фюзеляжний демонстратор наступного покоління - використовуючи термопласти для чистішого неба

використання

Для того, щоб використати весь потенціал термопластичних композитів в авіації, проект багатофункціональної демонстрації фюзеляжу наступного покоління (MFFD) просувається до інтеграції інноваційних технологій «Чисте небо», які допоможуть зробити майбутнє європейського виробництва авіалайнерів швидшим, екологічним, і більш конкурентоспроможними. Завдяки більшій інтеграції між фюзеляжем, системами, вантажем та елементами кабіни на більш ранній стадії проектування з використанням цілісного та модульного підходу, європейські лінії збірки літальних апаратів будуть краще відповідати 5-річному темпу зростання світового ринку повітряного транспорту.

"Модульність, інтеграція та створення спільних платформ є ключовими", - говорить Ральф Херрманн, типовий фюзеляж планерних досліджень та технологій Airbus Operations GmbH. "Ми давно знаємо, що переваги зменшення ваги та зниження постійних витрат у виробництві літаків - при використанні термопластичних композитів - можуть бути досягнуті лише інтеграцією декількох дисциплін. Це означає, що зосередження уваги лише на конструкції не може щоб досягти всієї переваги композитної технології, нам слід з самого початку співпрацювати на кількох рівнях із системними експертами та експертами кабін, і нам потрібно застосовувати нові руйнуючі ідеї та інтегрувати їх у різні функції. Це дозволить нам по-справжньому використати можливості з цих кількох дисциплін в одну комбіновану технологію ".

Проект MFFD - який прагне перевірити високопотенційні комбінації конструкцій планера, кабіни, вантажу та системних елементів із використанням композитних термопластів, інноваційних принципів проектування та вдосконаленої архітектури системи в поєднанні з кабіною наступного покоління - має грізний перелік кількісно визначених цілей:

Вона спрямована на забезпечення рівня виробництва щонайменше 60 великих пасажирських літаків на місяць, одночасно зменшуючи вагу фюзеляжу на 1 тонну зі зменшенням постійних витрат. Це, в свою чергу, призведе до значного скорочення спалення палива - і, отже, до зниження викидів CO2 і NOx - шляхом істотного зменшення загального споживання енергії літака за рахунок систем з меншою вагою та покращеної інтеграції архітектури системи. В основі всього цього - застосування можливостей Industry 4.0, включаючи дизайн для виробництва та автоматизацію, сенсоризацію та аналіз даних, щоб продемонструвати бажаний ефект від виробничих витрат.

Проект, очолюваний Airbus та включаючи досвід Fokker GKN, DLR, TU Delft, NLR, Fraunhofer-Gesellschaft та інших партнерів, триває до 2023 року. Одним з основних "результатів" є термопластичний композитний 8-метровий ствол фюзеляжу, який буде виготовлений до 2022 року. Цей наземний демонстратор буде підтримуватися різними меншими випробувальними установками та демонстраторами компонентів на підготовчому етапі програми, спрямованими на досягнення рівня TRL 6 щодо нових матеріалів, концепцій виробництва та складання.

Ключовим для успіху проекту є те, наскільки композитна термопластика може бути продемонстрована як придатна для уніфікації функціональності систем, кабіни та фюзеляжу.

"Волокнисті композити дуже гнучкі для проектування та формування контурів тощо. Що ми зараз робимо з точки зору обробки, це оцінка термопластів, які легко моделювати шляхом пресування або штампування за допомогою високопродуктивних процесів, які вже використовуються в автомобільній та металургійної промисловості ", - говорить Геррманн. "Ми переробляємо плоскі листи матеріалу на деталі більш складної форми за допомогою свого виду лиття під тиском. У нас є складні форми, куди термопластичний матеріал разом з волокнами впорскується, щоб ми могли виготовити справді складні деталі, зокрема кронштейни та інші типи компонентів, які з'єднують конструкцію фюзеляжу із системами та пам'ятниками кабіни. І ми можемо зробити це за дуже низьких виробничих витрат ".

Заощадження ваги та спрощення процесів складання та встановлення літаків - це лише частина історії - також є переконливі екологічні переваги, каже Геррман:

"Окрім оптимізації економії ваги, виробничі процеси, які ми розробляємо, менш трудомісткі, а це означає, що ми витрачаємо менше енергії, і ця ефективність врешті-решт призведе до зменшення CO2 і NOx. Іншим важливим аспектом є те, що завдяки використанню термопластичного матеріалу компоненти в кінці термін їх служби може бути перероблений ".

Універсальність термопластів потрібно застосовувати в поєднанні з дизайнерським підходом, на думку Паоло Трінк'єрі, керівника проекту в "Чистому небі": "Необхідно усунути штучне розділення функцій на етапі попереднього проектування літака і спланувати високий рівень швидкість виробництва, монтажу та монтажу літаків з самого початку. Це не тільки питання термопластичних матеріалів, але і питання того, як спроектувати системи, які є більш ефективними, щоб збільшити швидкість літальних апаратів, зменшити вартість і знизити вага літака. Це один із ключових факторів проекту Багатофункціональний демонстратор фюзеляжу - розробити нові рішення для проектування конструкції фюзеляжу та покращити інтеграцію систем та елементів кабіни ".

Цей проект також має стратегічне значення для європейського авіаційного виробництва. Щоб не відставати від темпів зростання авіаперевезень - на сьогоднішній день близько п’яти відсотків - авіалайнери повинні нарощувати рівень виробництва. Але сучасні методи виготовлення літальних апаратів передбачають послідовний підхід, згідно з яким фюзеляж повинен знаходитись у просунутому стані добудови до того, як можна буде встановити системи, а згодом і елементи кабіни та вантажу. Ось де проект MFFD Clean Sky - це програма обміну ігор:

"Послідовний підхід до виробництва трудомісткий і" чутливий до відмов ", і тому ми дійсно хочемо мати заздалегідь обладнані конструктивні елементи та системні модулі, які є дуже інтегрованими, і які можуть бути встановлені в конструкцію досить рано, до того, як закінчиться збірка відбулося ", - пояснює Геррманн.

"Завдяки більшій інтеграції конструкції, систем та елементів інтер'єру також стає життєздатним зменшити кількість послідовних кроків. Використання нових технологій термопластичного з'єднання, які дозволяють поєднати формовані елементи у більші компоненти, також є частиною плану. Те, що ми робимо в даний час досліджує та випробовує з'єднання за допомогою зварювання більших термопластичних конструкцій, що призводить до виробництва повної труби фюзеляжу. Термопласти є більш дорогим матеріалом, ніж той, що використовується в даний час для конструкцій та їх сполучних кронштейнів та опорних точок, але завдяки тому, що ми можемо автоматизувати та бути більш ефективними, ми можемо зменшити загальні виробничі витрати, а також постійні витрати ", - говорить Геррманн. "Авіалайнери за межами Європи також розглядають подібні можливості, але якщо ми досягнемо успіху, це буде великим кроком вперед для європейської аеронавтики".

Це досить нове в аеронавтиці. Зараз проект працює над створенням та вдосконаленням «технологічної цегли» та «допустимих значень конструкції», які застосовуються для зварювання великих композитних термопластичних конструкцій, щоб гарантувати, що зварні термопласти в цьому безпрецедентному масштабі можуть витримувати навантаження протягом тривалості термін служби літака. З точки зору процесу та параметрів, мова йде про адаптацію того, що вже відомо щодо менших деталей з термопластів, і бачення того, що потрібно масштабувати, щоб зробити можливим виготовлення великих деталей фюзеляжу. Планується розпочати виробництво власного ствола фюзеляжу в 2020 році, маючи перші великі компоненти, готові до 2021 року, і готовий ствол готовим до кінця 2022 року.

Що потенційно може означати для експлуатантів літаків, це те, що завдяки більш модульній формі конструкції можна буде пристосовувати та модифікувати інтер’єр кабіни, якщо авіакомпанії бажають змінити елементи кабіни, такі як нові пам’ятники, місця для сидіння, перегородки кабіни, камбузи тощо., протягом життя літака. Модернізація салону салону є важливою для брендингу авіакомпаній та диференціації досвіду пасажирів, і термопластичний фюзеляж може бути розроблений з інтегрованими опорними точками, що полегшить майбутні зміни в обладнанні салону.

"Зараз ми проводимо випробування купонів та випробування дрібних компонентів разом з нашими партнерами та вивчаємо можливості того, як ми використовуємо зварювання великих конструктивних елементів, щоб зменшити загальну вагу та сприяти гнучкості операторів при перенастроюванні кабін у майбутньому", - підсумовує Херрманн. "Для Європи це може бути окремою можливістю з точки зору конкуренції." Чисте небо "було і залишається важливим для об'єднання всіх партнерів у цьому проекті. Хоча ми іноді є конкурентами в інших проектах, саме це" Чисте небо " проект демонструє силу співпраці та її значення для майбутнього європейської аеронавтики ".