Lekkie stopy i nowe metody ich spawania
Lżejsze samoloty zużywają mniej paliwa, dlatego też projektanci statków powietrznych stale szukają nowych sposobów redukcji ich masy. Ostatnio inżynierowie zwrócili swoją uwagę na nowe stopy i technologie spawania. W ramach finansowanego ze środków UE projektu AFSIAL (Advanced fuselage and wing structure based on innovative Al-Li alloys) opracowano nowe rodzaje stopów i metody ich spawania. Chcąc zmniejszyć masę elementów bez utraty ich wytrzymałości, uczestnicy projektu AFSIAL, realizowanego jako część inicjatywy „Czyste niebo”, określili najbardziej optymalne sposoby spawania wybranych materiałów. Do wyprodukowania nowych stopów wykorzystano glin, miedź i lit. Z wielu dostępnych metod łączenia zespół wybrał spawanie laserowe, analizując również możliwość wykorzystania spawania hybrydowego i dwustronnego. Oprócz nowych materiałów i procedur do wyprodukowania i przetestowania zoptymalizowanych paneli lotniczych zastosowano zaawansowane techniki modelowania. W pierwszej kolejności badacze zidentyfikowali stopy aluminium/litu najbardziej odpowiednie do zastosowania w konstrukcji kadłubów i skrzydeł samolotów. Okazało się, że najlepszym połączeniem właściwości charakteryzują się stopy o niskiej zawartości litu. W szczególności badacze zdecydowali się na użycie stopu 2198 T8 na kadłub i stopu 7150 T6 na skrzydła. Zespół dobrał również technologie spawania i hartowania najlepiej dostosowane do każdego z tych stopów. Kolejnym etapem prac było porównanie różnych metod spawania laserowego i wybranie tych najbardziej odpowiednich dla docelowych zastosowań. Badacze ocenili każdą z dostępnych technik pod kątem jakości, szybkości, stopnia penetracji, generowanego ciepła oraz ogólnego zużycia energii. Następnie zaprojektowali i wyprodukowali zestaw usztywnionych blach lotniczych, z których wykonano dwa panele kadłubowe i dwie zakrzywione sekcje skrzydeł. Zespół zajął się również problemem automatycznego wykrywania globalnych i lokalnych postaci wyboczenia. Głównym osiągnięciem projektu jest opracowanie i sprawdzenie poprawności procedury automatycznej optymalizacji, co doprowadziło do zoptymalizowania grubości paneli oraz innych ulepszeń. W rezultacie masa nowych paneli zmniejszyła się o 16 do 30%, a w niektórych przypadkach było to nawet 50%. Mimo że zespołowi AFSIAL nie udało się zakończyć doświadczalnej weryfikacji procesów spawania, uzyskane dotąd wyniki w zakresie projektowania i tak są dużym krokiem w kierunku zmniejszenia masy samolotów i redukcji zużycia paliwa.
Słowa kluczowe
Samolot, AFSIAL, kadłub, konstrukcja skrzydła, stopy Al-Li, spawanie laserowe
