Boeing's 787 Dreamliner

Wat is de gemiddelde dichtheid van de gebruikte materialen in een modern vliegtuig? Wat het ook is, de vermindering van de gemiddelde dichtheid is enorm sinds de Wright Brothers met het eerste praktische vliegtuig vlogen. De drang om gewicht te verminderen in vliegtuigen is agressief en continu en versneld door snel stijgende brandstofprijzen. Deze aandrijving verlaagt de specifieke brandstofkosten, verbetert de vergelijking van bereik / nuttige lading en helpt het milieu. Composieten spelen een grote rol in moderne vliegtuigen en de Boeing Dreamliner is geen uitzondering bij het handhaven van de dalende gewichtstrend.

Composieten en gewichtsreductie

De Douglas DC3 (daterend uit 1936) had een startgewicht van ongeveer 25.200 pond met een passagierscomplement van ongeveer 25. Met een maximaal laadbereik van 350 mijl is dat ongeveer 3 pond per passagiersmijl. De Boeing Dreamliner heeft een startgewicht van 550.000 pond met 290 passagiers. Met een volledig beladen bereik van meer dan 8.000 mijl is dat ongeveer ¼ pond per passagiersmijl - 1100% beter!

Straalmotoren, beter ontwerp, gewichtsbesparende technologie zoals vliegen per draad - ze hebben allemaal bijgedragen aan de kwantumsprong - maar composieten hebben een grote rol gespeeld. Ze worden gebruikt in het Dreamliner-casco, de motoren en vele andere componenten.

Gebruik van composieten in de Dreamliner Airframe

De Dreamliner heeft een casco bestaande uit bijna 50% koolstofvezelversterkte kunststof en andere composieten. Deze benadering biedt gemiddeld 20% gewichtsbesparing in vergelijking met meer conventionele (en verouderde) aluminiumontwerpen.

Composieten in het casco hebben ook onderhoudsvoordelen. Een typisch gebonden reparatie kan 24 of meer uur downtime van het vliegtuig vereisen, maar Boeing heeft een nieuwe lijn van onderhoudsreparatiemogelijkheden ontwikkeld die minder dan een uur nodig heeft om aan te brengen. Deze snelle techniek biedt de mogelijkheid voor tijdelijke reparaties en een snelle doorlooptijd, terwijl dergelijke kleine schade een aluminium vliegtuig zou hebben geaard. Dat is een intrigerend perspectief.

De romp is geconstrueerd in buisvormige segmenten die vervolgens tijdens de eindassemblage met elkaar zijn verbonden. Het gebruik van composieten zou 50.000 klinknagels per vliegtuig kunnen besparen. Elke klinknagellocatie zou onderhoud moeten hebben gecontroleerd als een potentiële storingslocatie. En dat zijn slechts klinknagels!

Composieten in de motoren

De Dreamliner heeft GE (GEnx-1B) en Rolls Royce (Trent 1000) motoropties, en beide maken uitgebreid gebruik van composieten. De gondels (inlaat- en waaierkappen) zijn een voor de hand liggende kandidaat voor composieten. Composieten worden echter zelfs gebruikt in de ventilatorbladen van de GE-motoren. De blade-technologie is enorm vooruitgegaan sinds de dagen van de Rolls-Royce RB211. De vroege technologie failliet het bedrijf in 1971 toen het Hyfil koolstofvezel ventilatorbladen mislukt in vogelaanvaringstests.

General Electric loopt sinds 1995 voorop met composiet ventilatorbladen met titaniumtip. In de Dreamliner-elektriciteitscentrale worden composieten gebruikt voor de eerste 5 fasen van de 7-traps lagedrukturbine.

Meer over minder gewicht

Hoe zit het met sommige cijfers? De lichtgewicht ventilatorbehuizing van de GE-centrale vermindert het vliegtuiggewicht met 1200 pond (meer dan ½ ton). De behuizing is versterkt met koolstofvezelvlecht. Dat is alleen de gewichtsbesparing van de ventilatorbehuizing en het is een belangrijke indicator voor de sterkte / gewichtsvoordelen van composieten. Dit komt omdat een ventilatorhuis alle vuil moet bevatten in geval van een ventilatorstoring. Als het geen vuil bevat, kan de motor niet worden gecertificeerd voor de vlucht.

Gewicht dat wordt bespaard in turbinebladen van de schoepen, bespaart ook gewicht in de vereiste behuizing en rotoren. Dit vermenigvuldigt de besparing en verbetering van de verhouding vermogen / gewicht.

In totaal bevat elke Dreamliner ongeveer 70.000 pond (33 ton) met koolstofvezel versterkte kunststof - waarvan ongeveer 45.000 (20 ton) pond koolstofvezel is.

Conclusie

De vroege ontwerp- en productieproblemen van het gebruik van composieten in vliegtuigen zijn nu opgelost. De Dreamliner bevindt zich op het toppunt van brandstofefficiëntie in vliegtuigen, minimale impact op het milieu en veiligheid. Met een lager aantal componenten, lagere niveaus van onderhoudscontrole en grotere airtime, worden de ondersteuningskosten aanzienlijk verlaagd voor luchtvaartmaatschappijen.

Van waaierbladen tot romp, vleugels tot wasruimtes, de efficiëntie van de Dreamliner zou onmogelijk zijn zonder geavanceerde composieten.