2023 Autor: Brooke Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-05-20 23:53
Nový kompozitní materiál, který obsahuje vrstvy hliníku a skleněných vláken, by mohl provozovatelům dopravních letadel ušetřit mnoho miliard dolarů na údržbě a provozních nákladech, říkají vědci.
Americký gigant Alcoa, společnost zabývající se materiály a technologiemi GTM Advanced Structures a vědci z Delft University of Technology v Nizozemsku patentovali vláknitý kovový laminát (FML) nazývaný CentrAl zesílený hliník nebo CentrAl pro použití při výrobě letadel.
CentrAl poskytuje přibližně o 25 procent větší pevnost v tahu než vysoce pevné hliníkové slitiny, je extrémně odolný proti únavě kovu a je vysoce odolný proti poškození, řekl Rinze Benedictus, předseda katedry leteckých materiálů na DelftUniversity of Technology.
Zároveň je tak lehké, že křídlo dopravního letadla vyrobené z kombinace hliníku CentrAland – který lépe než CentrAl odolává kompresním tlakům na površích, jako jsou horní potahy křídel – by bylo nejen mnohem pevnější než křídlo vyrobené z kompozity uhlíkových vláken, ale také by mohly být o 20 procent lehčí, řekl Benedictus.
"Myslíme si, že ve velkém letadle můžete ušetřit 600 až 800 kilogramů (přes kompozit uhlíkových vláken) - odhadujeme, že úspora by mohla být asi 15 až 20 procent hmotnosti křídla," řekl. Nebylo to prokázáno, protože křídlo z nového materiálu ještě nikdo nevyrobil, ale je pravděpodobné, že křídlo vyrobené z CentrAl by bylo mnohem jednodušší na opravu a údržbu než křídlo z uhlíkových vláken.
Různé druhy vrstev
Podobný koncept jako materiál Glare, který Airbus ve velké míře používá v horní části trupu a náběžných hranách stabilizátorů u obrovského A380, ale obsahuje silnější laminátové vrstvy, CentrAl začíná vrstvami skelných vláken/epoxidu vložených mezi vrstvy hliníku.
Mezi vláknem a hliníkem jsou vrstvy patentovaného materiálu bohatého na pryskyřici, který jeho vývojáři nazývají „BondPreg“. Tyto vrstvy způsobují, že hliník přilne ke skleněnému vláknu a také napomáhají rovnoměrnému rozložení zátěže v celém laminátu. Silné vrstvy pokročilého hliníku, pevně připojené k CentrAllaminate pomocí BondPreg, tvoří vnější stranu sendviče.
CentrAl je „velmi odolný proti prasklinám,“řekl plukovník Robert Fredell, vojenský asistent hlavního vědce amerického letectva. V testovacích panelech simulujících spodní potahy křídel rostly únavové trhliny z umělých řezů pilou 10 až 100krát pomaleji v CentrAl než u konvenčních hliníkových konstrukcí, dokonce i úrovně namáhání o 25 procent vyšší.
Je tak odolný vůči únavě kovu, že vědci z Air Force zvažují jeho použití k nahrazení konstrukcí v mnoha stárnoucích dopravních letadlech služby - zejména ve stovkách taktických dopravních letadel LockheedMartin C-130, které provozuje.
Jednotky Air Force, Reserve a Air National Guard intenzivně provozují C-130 v drsných prostředích, jako je Irák a Afghánistán. Některé konstrukce ze 70. let 20. století ve starších C-130E a C-130H vyžadují rozsáhlé strukturální kontroly každých 100 letových hodin, řekl Fredell.
Obrovské potenciální úspory na C-130
Odhaduje, že použití CentrAl k nahrazení hliníku v oblastech C-130 náchylných k únavě, jako je jeho spodní plášť, by mohlo americkému letectvu ušetřit náklady na údržbu každého nového C-130 po celou dobu jeho životnosti nejméně 20 milionů dolarů.
U modelu C-130 „je historie výměny středového křídla v polovině životnosti, přibližně po 20 letech,“řekl Fredell. „Bohužel jsme ji nahradili stejnou věcí, kterou jsme odstranili“– hliníkovou skříní křídla náchylnou k únavě v designu ze 70. let, kterou je často potřeba vyměnit znovu za deset nebo dvě desetiletí.
Pokaždé, když americké letectvo vymění střed křídla C-130, utratí až 8 milionů dolarů na odstranění křídla letadla. Navíc každých šest let vyžaduje každý C-130 generální opravu, kterou americké letectvo nazývá „Program DepotMaintenance“. Každá generální oprava, která se rovná „těžké kontrole „D“na dopravním letadle, stojí americké letectvo miliony dolarů.
S CentrAl však „existuje technologie pro vytvoření potahu křídla, kde první kontrola, kterou je třeba provést, je nejméně 50 let po životnosti letadla,“řekl Fredell. "Takže, jak letadlo stárne, nemusíte zvyšovat frekvenci prohlídek. Efektivně skončíte s konstrukcí, kde pilot provádí (předletovou) objížďku, a pokud vysokozdvižný vozík nenarazil do letadlo v noci, jen ho zapne a vzlétne."
Nejúčinnější využití CentrAl by bylo při výrobě nových letadel, řekl. Provozovatelé by pak dosáhli úspory nákladů na údržbu a provoz po celou dobu životnosti každého letadla.
Ale, mysleli si, že letectvo a další složky americké armády nadále dostávají nové C-130J, neplánuje se v jejich konstrukci použít nic jiného než tradiční hliníkové slitiny T6 řady 7000. Neplánuje se ani přestavba starších C-130E a C-130Hs křídlovými skříněmi vyrobenými z nových materiálů. To je pochopitelné: Americké vojenské služby mají obrovské zkušenosti s hliníkovými materiály ze 70. let, které se používají k výrobě jejich C-130 a mnoha dalších letadel.
"Ďábel je extrémně drahý"
"Znáte ďábla - ale ďábel je extrémně drahý," řekl Fredell. Vzhledem k výzkumu, který již byl proveden, zejména v Evropě, by vývoj nového křídla pro C-130 vyrobeného s CentrAl trval pouze 20 až 40 milionů dolarů, dodal.
Zatímco myšlenka použití CentrAl „je stále návrhem, nikoli plánem“, výzkumná laboratoř AirForce financuje společnosti Boeing, Lockheed Martin a NorthropGrumman prostřednictvím své iniciativy Materials Affordability Initiative, aby provedly počáteční studie charakterizující a demonstrující materiál.
C-130 pravděpodobně poskytuje americkým vzdušným silám nejpřesvědčivější případ použití CentrAl, ale FairchildA-10 Thunderbolt II – láskyplně známý jako „The Warthog“kvůli svému méně okouzlujícímu vzhledu – nabízí další užitečnou příležitost. A-10, které jsou účinné ve službách amerického letectva, nyní procházejí renovacemi v polovině životnosti, aby se prodloužila jejich životnost na desítky let.
Pokud by byl CentrAl zaměstnán výrobou byť jen desetiny komerčních tryskáčů na zakázku, aerolinky by ročně ušetřily miliardy na nákladech na údržbu a provoz, uvedl Benedictus s tím, že výrobci dvou nových ruských regionálních tryskáčů plánují použít materiál. Mezitím A350 XWB ještě není plně navržen. Projevil Airbus zájem? "Bez komentáře," řekl.