Nadchodzą zmiany w konstrukcji samolotów
Większości dzisiejszych podróżników nieobcy jest ryk silników samolotowych na pasie startowym i przy wznoszeniu się w powietrze. Tak naprawdę niewiele się zmieniło przez 50 lat. Chociaż znaczące postępy poczynione zostały pod względem oszczędności paliwa, konstrukcji silników czy technik redukcji hałasu, podstawowy kształt kadłuba i skrzydeł samolotów, a także materiał wykorzystywany do ich budowy pozostają w dużej mierze niezmienne od lat. Ale i one w końcu się zmienią. Podobnie jak wiele produktów, które przeszły w ostatnich latach radykalną ewolucję - na przykład telefony - konstrukcja samolotów też przechodzi przemianę. Obecnie bardziej niż kiedykolwiek naukowcy przesuwają naukowe granice lotnictwa w swoich dążeniach do zbudowania sprawniejszego, cichszego i bardziej ekologicznego samolotu. Samolot przyszłości ma zyskać jeszcze większą sprawność i niezależność. Ale jak osiągnąć te cele i kto wykonuje tę ważną pracę, która zmienia nasze latanie? Panuje błędne przekonanie, że za większość postępów odpowiadają główni producenci samolotów, jednak rzeczywistość jest bardziej złożona. Finansowany ze środków unijnych projekt WASIS jest tego doskonałym przykładem. W ramach tego przedsięwzięcia prowadzone są prace nad kompozytową budową kadłuba opartą na koncepcji usztywnienia kratownicy (płyty), co ma ułatwić opracowywanie połączeń konstrukcyjnych kadłuba. Ogólna koncepcja projektu skupia się na pogodzeniu rygorystycznych wymagań z zakresu ochrony środowiska i bezpieczeństwa z opłacalnością projektowania i produkcji. Podejście oparte na kratownicy czy płycie umożliwia uzyskanie większej sprawności mechanicznej kompozytów, obniżenie ciężaru i optymalizację możliwości konstrukcji. Zostanie ono połączone ze specjalnie zaprojektowanymi półkolistymi i mikrosworzniowymi elementami łączącymi, aby ułatwić produkcję innowacyjnej i nieregularnej konstrukcji kratownicowej i obniżyć ciężar samolotu. Ostatecznym celem projektu jest opracowanie nowych samolotów średniej wielkości. Podczas gdy najwięksi producenci koncentrują się na tworzeniu samolotów, które są o 20% sprawniejsze i większe, prawda jest taka, że świat osiągnął nasycenie dużymi lotniskami. Rozbudowę lotnisk ogranicza dostępność terenu oraz przepustowość przestrzeni powietrznej. Ceny paliwa nie są jedyną czarną chmurą na horyzoncie. Dodatkowe obciążenia podatkowe i przepisy dotyczące np. kwestii środowiskowych (głównie hałasu oraz emisji CO2 i NOx) wywrą dalszą presję finansową na linie lotnicze, które z kolei poszukują w swoich zestawieniach finansowych możliwości redukcji kosztów. Linie lotnicze próbują obniżyć opłaty za lądowanie swoich samolotów na lotniskach, grożąc w niektórych przypadkach przeniesieniem ruchu do alternatywnych lokalizacji. Tak naprawdę przyszłość należy do średniej wielkości samolotów, które mogą obsługiwać mniejsze lotniska przy niższych kosztach. Drugorzędne czy też mniejsze lotniska oferują wyspecjalizowane usługi nie tylko niskokosztowym przewoźnikom, ale także innym klientom, np. lotnictwu biznesowemu, ogólnemu, towarowemu i wojskowemu, które doświadczą silnego wzrostu. Do tego właśnie celu jest przeznaczona nowa generacja samolotów średniej wielkości. Kadłub to główny element samolotu, w którym przebywa załoga, pasażerowie lub ładunek. W ciągu kilku ostatnich dekad nowoczesny samolot był wykonywany z aluminium, chociaż ostatnio niektóre samoloty, takie jak Boeing 787 czy Airbus A350, budowane są z materiałów kompozytowych. Zarówno kadłub, jak i konstrukcja skrzydeł składają się głównie z polimerów wzmacnianych włóknem węglowym. W toku projektu WASIS oceniane jest bezpieczeństwo tego materiału na postawie symulacji i wirtualnych testów od pierwszych etapów projektowania. Opracowana, innowacyjna sekcja kadłubowa zostanie następnie połączona z wysoko wydajną technologią nawijania włókien, aby obniżyć koszty i skrócić czas produkcji. W celu sprawdzenia, na ile pasują do siebie różne koncepcje zostaną wyprodukowane próbki. W ramach pełnych testów próbek sprawdzone zostanie podejście oparte na płycie. W czasie pierwszego roku realizacji projektu WASIS sprawdzono podejście konstrukcyjne oparte na płycie i zaprojektowano nową sekcję kadłubową na bazie Piaggio P180. Ta prototypowa sekcja kadłubowa ma wytrzymywać takie same obciążenia, co metalowa konstrukcja referencyjna. Wymiarowanie wykonano najpierw analitycznie, po czym przeprowadzone zostały statyczne i dynamiczne symulacje FEM. Miały one na celu ustalenie sztywności, wskaźnika rozerwania i zachowania w różnych sytuacjach zderzenia (takich jak awaryjne lądowanie, uszkodzenie powodowane przez grad czy uderzenia przy niskiej prędkości). W czasie tego pierwszego roku konsorcjum partnerów zaprojektowało i wyprodukowało części demonstracyjne, aby wykazać wykonalność procesów produkcyjnych (nawijania włókien i nakładania taśmy) przy okazji pierwszorocznego przeglądu. Projekt WASIS znajduje się obecnie na końcowym etapie drugiego roku. Nacisk został położony na doskonalenie konstrukcji sekcji kadłubowej, a zespół projektowy rozpoczął badanie złączy mikrosworzniowych i zwojów, które będą wykorzystywane w konstrukcji, aby uniknąć cięcia włókien i poprawić przenoszenie obciążenia z ramownicy metalowej na sekcję kompozytową. Omówiono projekt i pierwsze testy produkcyjne ramownic mocujących, które będą metalowym łącznikiem między sekcją kompozytową a pozostałą częścią samolotu. Zaprojektowanych zostało kilka prototypów w zmniejszonej skali, przyjmując wyboczenie za kryterium odniesienia skalowania. Przygotowano dwa różnej wielkości prototypy: jeden o średnicy 1 m i drugi o średnicy 0,5 m. Aby upewnić się, że wszystkie koncepcje można włączyć do produkcji tych prototypów, przeprowadzone zostały różne testy oceny w produkcji. Przeprowadzono także różne testy w celu optymalizacji materiałów i wydajności bębna. Ostatni półtoraroczny okres realizacji projektu WASIS poświęcony będzie na produkcję prototypów i rozpoczęcie kampanii testów według podejścia opartego na podstawowych elementach konstrukcyjnych, aby skutecznie wykazać sprawność konstrukcji i przeprowadzić walidację opracowanego projektu. Efektem końcowym będzie średniej wielkości turboodrzutowy samolot lotnictwa ogólnego o średnicy nieprzekraczającej 3 m.Więcej informacji: WASIS http://www.wasis.eu/(odnośnik otworzy się w nowym oknie)