A légitársaságok ajánlatot tettek súlyproblémájuk leküzdésére

A technológia és az anyagok megugrása révén az ipar feladata a repülőgépek terhelésének enyhítése

Néhány évvel ezelőtt a japán ANA légitársaság arra kérte az utasokat, hogy használják a WC-t, mielőtt felszállnának a járataikra. A logika az volt, hogy ha minden utas előre kényelmi szünetet tart, akkor a repülőgép terhelése könnyebb lesz, és a motorok kevesebb üzemanyagot égetnek el.

A tárgyalás csak egy hónapig tartott, de rávilágított a repülőgépipar súlymániájára. A súly az aerodinamika és a motor teljesítménye után a három legfontosabb tényező egyike, amely befolyásolja a repülőgép hatékonyságát. A kevesebb üzemanyag alacsonyabb szén-dioxid-kibocsátást jelent, valamint megtakarítást jelent a légitársaságok jelentős működési költségeinél.

Új módszerek keresése a globális flotta csökkentésére foglalkoztatja a repülőgépipart, mivel felkészül a repülőgépek következő generációjára, amely várhatóan 2030 előtt indul el.

Októberben a kormányok megállapodtak a világ első globális éghajlat-változási megállapodásáról a légi közlekedési ipar számára, amely az összes CO2-kibocsátás 2 százalékát adja. Mivel az Iata, a kereskedelmi testület szerint a tavalyi 3,6 milliárdról 2050-re 16 milliárdra ugrik az utasok száma, a légi közlekedés minden szempontját megvizsgálják a növekvő kibocsátások csökkentése érdekében.

„Ha 1000 fontot (454 kg) veszel ki az üzemanyag 1 százalékát érő motor súlyából. Nagy pénzügyi megtakarítás, de jót tesz a környezetnek is ”- mondja Ric Parker, a Rolls-Royce korábbi kutatási és technológiai igazgatója, ma az EU Tiszta Égbolt kezdeményezésének elnöke. - Bármi, amit tehet a súlycsökkentés érdekében, jó dolog.

Az új anyagok - köztük a szénszálerősítésű polimer - széleskörű használata óriási súlymegtakarítást eredményezett. Kompozit anyagokat 1985-ben vezettek be az olyan repülőgépek farokúszóján, mint az Airbus A310 széles karosszéria. Ma a Boeing és az Airbus új utat nyitott legújabb széles karosszériájú modelljeivel, a 787-es és az A350-essel. Ezeknek a repülőgépeknek nagyjából a fele szénszálas műanyagból és más kompozit anyagokból készül. A Boeing azzal büszkélkedik, hogy a 787 - amelynek legkisebb modellje 161 tonna - 20% -os súlymegtakarítást kínál az egyenértékű alumínium repülőgépekhez képest.

Görgessen lefelé a grafika megtekintéséhez, és nézze meg, hol fogy a súly

A motorgyártók is megtalálják a módjaikat turbináik könnyítésére - átlagosan egyenként 6350 kg súlyúak nagy sugárhajtású repülőgépekhez. Nagyjából 340 kg vágható le egy széles karosszériájú motorból kompozit anyagok felhasználásával a ventilátorlapátokhoz és a ventilátorházhoz - írja a Rolls-Royce. A titán-alumínium, egy még újabb anyag, amely a nehezebb nikkelötvözeteket helyettesíti, további csökkentéseket eredményezhet a motor legforróbb részeiben. Ez egy erõs kör - mondja Mr. Parker. „Ha a súlyának egyharmadát kitevő pengét vesz fel, akkor könnyebb turbinás tárcsája is lehet. És akkor a ház könnyebb és vékonyabb lehet. A pozitív előny körbe-körbe megy. ”

Más fejlett anyagok, mint például a könnyebb fémötvözetek és a grafén is változást hoznak. Geoff Hunt, az UTC Aerospace Systems főmérnöke szerint a titánötvözetek több ezer kilogrammal csökkentették a futómű súlyát a legnagyobb sugárhajtású repülőgépeken. A PPG bevonatgyártó cég szerint több száz további megtakarítható szén-dioxid-technológiával, új festési technikákkal és a tömítőanyag változtatásával.

"Ha csökkenteni tudja a terhelést, csökkentheti a szerkezet megerősítését" - mondja Robert Lafontan, az Airbus mérnöki alelnöke.

A mai repülőgépek azonban nem feltétlenül könnyebbek. Az elmúlt években sok leadott font egyszerűen helyet adott új funkcióknak vagy több utasnak. A Boeing nagyobb ablakokat vezetett be a 787-es készülékén, amelyek „tiltó” hatással lettek volna a súlyra másutt megtakarítás nélkül - mondja Larry Schneider, a 777 fő programmérnöke.

A szabályozók emelik a biztonsági normákat is. Az egy évtizeddel ezelőtti biztonságosabb ülések követelménye például körülbelül 5 tonnával (5000 kg) növelte a repülőgép átlagos tömegét.

A német székhelyű Recaro, a székhelyek beszállítója szerint vékony kompozit keretekkel ezt a súlyt és még többet is leadta. Az előre döntött ülések felszámolták a mozgást lehetővé tevő nehéz mechanikus alkatrészek szükségességét.

Az energiafogyasztás is növekszik, ami szükségessé teszi a nehezebb kábelezést és a nagyobb hőkezelést. A TE Connectivity szerint az átlagos nagy kereskedelmi utasszállító repülőgép körülbelül 40 százalékkal több elektronikával rendelkezik, mint néhány évvel ezelőtt. A huzalozás súlyának akár 60% -át is - amely egy szuperjumbon elérheti az 5700 kg-ot - le lehet vágni a rézről az alumíniumra váltással.

Az új gyártási módszerek, például a 3D nyomtatás, radikális módszereket kínálnak a repülőgépek és alkatrészeik tervezésére. „A 3D nyomtatással valóban megteremtheti az erőt ott, ahol szüksége van rá. . . és vegye le az összes többi súlyt ”- mondja Bob Smith, a Honeywell Aerospace technológiai vezetője.

Az elektromos meghajtású repülőgépek, amelyekre sok fejlesztési forrást összpontosítanak, szintén könnyebbek és üzemanyag-hatékonyabbak lehetnek.

Russ Dunn, a brit repülőgép-beszállító GKN vezető alelnöke szerint az új technológia és anyagok kombinációja forradalmasítani fogja a repülőgépek tervezését és az utasok utazásának módját. 2050-re ezek a 16 milliárdos utasok gyökeresen más élményben lehetnek részük - egy kivétellel: a WC-k könnyedebb anyagokból készülhetnek, de egy bátor légitársaság lenne az, aki úgy dönt, hogy teljesen megszünteti őket.

Hogyan könnyítik a sugárhajtók a terhelést

Ian Bott grafikája

Pilótafülke A légitársaságok könnyebb elektronikus táblákra cserélték a pilóta 18 kg-os (40 font) repülőtáskáját, kézikönyvet és térképeket tartva. A LED-es kijelzők vékonyabb és könnyebb képernyőket is igényelnek.

Repülőgéptörzs A Boeing 787-ese egy könnyebb kompozit törzszel új utat tört meg, mindezt egy darabban készítve. Ez kiküszöbölte annak szükségességét, hogy rögzítő elemek ezrei fogják össze, ami 20 százalékkal csökkentette a repülőgép súlyát.

Motorok A motorgyártók komoly beruházásokat hajtanak végre a súlycsökkentő technológiában, hogy ellensúlyozzák az egyre nagyobb motorokat. A ventilátorlapátok és a ventilátortok szénszálas kompozit anyagokból 340 kg-ot vághat ki a motorból - mondja Rolls-Royce. A kerámia mátrix kompozitok használata a motor legforróbb részeiben még többet szüntethet meg. A General Electric további előnyökkel jár a 3D technológia révén. Nemrégiben kinyomtatta a turbopropeller motor egyharmadát, amelynek súlya 5 százalékkal kisebb, mint a hagyományos légcsavaros rendszeré, és 1 százalékkal csökkenti az üzemanyag-égést. A sugárhajtóművek esetében egyértelmű a lehetőség.

Farokcsúszó A törzs hátulját felszálláskor védő ötvözetből készült farokcsúszda felváltása elektronikus figyelmeztető rendszerrel 147 kg-ot vágott le a 777-300ER-ről.

Villamosítás Elektromos rendszereket használtak a 787-esen néhány nehéz, mechanikusan vezérelt rendszer helyettesítésére. A kutatás most az elektromos meghajtás lehetőségeire összpontosít, ami egy nap azt eredményezheti, hogy kevesebb gázturbina hajtja repülőgépet. Tekintettel az elemek állapotára és súlyára, ez még hosszú út a jövőben.

Konyhák A meleg ételek kiküszöbölése egyes járatokon lehetővé tette néhány légitársaság számára a kemencék, a hulladéktömörítők és a teljes gályák eltávolítását.

Szárnyak A kompozit anyagok csökkentik a szárnyak súlyát, de egy villámcsapás egyenesen átütne anélkül, hogy fém elemeket tartalmaznának. Annak elkerülése érdekében, hogy ezt a külön súlyt hozzáadják, az európai kutatók azon dolgoznak, hogy a szén nanocsövek vezetőképességét szárnyakban használják a villámcsapások elleni védelem érdekében.

Ülés A hozzáadott biztonsági funkciók követelménye 50% -kal 15 kg-ra növelte az átlagos gazdaságos ülés súlyát. Az alumíniumötvözetek cseréje kompozit anyagokkal és karcsúbb kialakítással az átlagos tömeg visszaállt 10 kg-ra, és lehetővé tette a légitársaságok számára, hogy több utast szorítsanak be.

ablakok A nyomás alatt álló kabinok hatalmas megterhelést jelentenek az ablakok számára, amelyek védelme érdekében nagy teherhordó keretekre van szükség. Ám az átláthatósági technológia fejlődése azt jelenti, hogy az ablakok most már képesek viselni a szerkezeti terhelést, így nincs szükség a keretekre és a 250–300 kg-ra - írja a PPG. Végül előfordulhat, hogy egyáltalán nincs szükség ablakokra a pilótafülkén túl, ha a repülőgépeket rugalmas kijelzők sorakoztatják, amelyek különféle nyugtató jeleneteket ábrázolnak.

Kerekek Az új gumitechnika 50 kg-ot dobott le a Boeing 777-300ER széles karosszériájú sugárhajtású gép 12 gumiabroncsából.

Fékek Az UTC Aerospace Systems szerint a hagyományos fékfékről a fékfékre való áttérés 907 kg-ot csökkent a 747 16 fékrendszer súlyától.

Tömítőanyag A kémiai fejlődés jelentősen csökkentette a repülőgép vázában használt tömítőanyagok tömegét. A mai tömítőanyag 30 százalékkal könnyebb, mint a 20 évvel ezelőtt alkalmazott formulák, és 544 kg-ot takarít meg egy széles testű repülőgépen.

Kábelezés és huzalozás A réz cseréje alumínium huzallal a tipikus egyfolyosós sugárhálózat 1200 kg-os kábelezésének akár 60% -át is megtakaríthatja. De ha bebizonyosodik, hogy a szén nanocsövek megbízható vezetők, a súlycsökkenés elérheti a 70 százalékot is. A hőelvezetés kezelése lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy csökkentsék a vezető átmérőjét, ezzel akár a tömeg 20 százalékát is megtakaríthatják.

Alátétek A Boeing 53 kg-ot takarított meg azzal, hogy 20 000 alátétet nem igényelt a 777-300ER készüléken.

Festék Az A380-hoz hasonló szuperjumbo külsejének festése és bevonása 650–1000 kg-ot tesz ki, és lényegesen többet, ha a bevonat súlya az összes alkatrészt tartalmazza. Az új technikák, például az alkatrészek elektromos feltöltése festékfürdőbe merítésük előtt a tömeg 30–70% -át megtakaríthatják a 3–4 m-es alkatrészeken.