Zintegrowane i lekkie komponenty statku powietrznego wytwarzane w sposób zrównoważony
Mając na uwadze ulepszenie parametrów środowiskowych i podniesienie efektywności kosztowej, producenci skłaniają się ku wykorzystaniu lekkich stopów metali. Mniejszy ciężar oznacza mniejsze zużycie paliwa, co z kolei przekłada się na wzrost konkurencyjności europejskiego sektora transportu. Poza tym szybki i opłacalny montaż konstrukcji metalowych ma zasadnicze znaczenie dla wysokowydajnej produkcji. Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu MISSP zaprezentowali nowe rozwiązania dotyczące montażu niezwykle mocnych i lekkich części konstrukcyjnych mających zwiększyć wydajność produkcji. Mówiąc dokładniej, zaproponowali oni innowacyjne sposoby wytwarzania metalowych drzwi ładunkowych. Mogą one posłużyć również za prototyp, w którym wykorzystano nowe materiały i techniki wytwarzania możliwe do zastosowania w standardowych elementach konstrukcyjnych płatowca. „Naszym celem jest opracowanie zaawansowanych procesów wytwarzania, dopasowanych do nowych lekkich stopów aluminium, oraz integralnych koncepcji projektowania. Skupiliśmy się głównie na zmniejszeniu kosztów i wagi, a także na zrównoważonym sposobie wytwarzania” mówi Michel Willemssens, koordynator projektu MISSP i specjalista ds. rozwoju biznesu w firmie Sonaca.
Optymalizacja operacji montażu
Wobec tego badacze skupili się na zaprojektowaniu bardziej zintegrowanej, pełnej konstrukcji o mniejszej liczbie połączeń między poszczególnymi częściami. „W trwającym właśnie procesie produkcji drzwi ładunkowych położyliśmy nacisk na zachowanie integralności konstrukcji w celu zmniejszenia liczby elementów montażowych oraz uproszczenia całej operacji montażu. Projektowanie z uwzględnieniem konstrukcji zintegrowanych pozwala znacząco ograniczyć koszty montażu”, przekonuje Yves Marchal, kierownik działu materiałów i procesów w Sonaca. Elementami powszechnie stosowanymi przez konstruktorów statków powietrznych są złącza, które umożliwiają mechaniczne łączenie ze sobą dwóch lub większej liczby części, zaś najbardziej popularnym typem złączy stosowanych podczas montażu samolotów są nity. Proces nitowania polega na wywierceniu otworu, pogłębieniu go i założeniu złącza. W przypadku dużego statku powietrznego operacja ta jest wykonywania tysiące razy. „Podczas wiercenia otworów i zakładania złączy konstruktorzy korzystają ze specjalnych powłok i farb, aby przed założeniem nitu chronić części i otwory. Proces ten jest czasochłonny, a w jego trakcie zużywa się dużą ilość materiałów eksploatacyjnych”, dodaje Marchal.
Zaawansowany stop aluminium gotowy do użytku
Badacze pracowali nad stworzeniem stopu aluminium z dodatkiem magnezu i skandu – pierwszego tego rodzaju stopu metalu wykorzystanego w projekcie statku powietrznego. Jego dobra sztywność właściwa, przewodność i właściwości mechaniczne, a także doskonała podatność na spawanie i odporność na korozję są niewątpliwym atutem dla całego sektora, który dotąd polegał na typowych stopach aluminium. Co istotne, nowo opracowany stop aluminium można formować w temperaturach dochodzących nawet do 300 °C bez utraty jego pierwotnych właściwości.
Dwa główne cele projektu
W kontekście produkcji zewnętrznej powłoki drzwi, głównym celem była poprawa aspektów środowiskowych. Zamiast frezowania metodą chemiczną w ramach obróbki skrawaniem, badacze zdecydowali się na opcję frezowania kieszeni na płaskiej płycie metodą mechaniczną przed formowaniem. W celu realizacji drugiego najważniejszego celu, jakim było stworzenie integralnej konstrukcji, partner projektu, Grupa CRM, wykorzystał metodę spawania wiązką laserową celem połączenia poszycia ze stopu aluminium z domieszką magnezu i skandu z podłużnicami. Następnie specjaliści z firmy Sonaca poddali cały panel formowaniu kształtowemu w piecu metodą odkształcania. Badacze zajęli się również problemem jednoetapowego formowania pełnej konstrukcji. W tym celu wykorzystali oni potencjał procesów szybkiego formowania do produkcji drzwi ładunkowych. Przy dużej prędkości odkształcenie materiału następuje zgodnie z zasadami wiskoelastyczności, a więc w podobny sposób jak to ma miejsce w wysokich temperaturach. Takie zachowanie znacząco ułatwia formowanie złożonych kształtów i zmniejsza efekt sprężynowania. „Technika wysokoenergetycznego hydroformowania zastosowana przez innego partnera projektu, 3D Metal Forming, pokazuje przewagę szybkiego formowania nad konwencjonalnymi procesami formowania mechanicznego. Proces ten można porównać do efektu tsunami – wykorzystuje się ładunek wybuchowy do wytworzenia pod wodą ciśnienia koniecznego do wepchnięcia płyty do żeńskiej części formy. To umożliwia nam formowanie bardzo grubych płyt, które możemy następnie obrabiać skrawaniem, tworząc z nich w pełni zintegrowane konstrukcje o niemal zerowym odchyleniu od założonych parametrów. A wszystko to bez nitowania czy spawania – opieramy się wyłącznie na metodzie formowania i obróbki skrawaniem!”, podsumowuje Marchal.
Słowa kluczowe
MISSP, statek powietrzny, zintegrowany, montaż, stop aluminium, drzwi ładunkowe, stop aluminium z domieszką magnezu i skandu, wysokoenergetyczne hydroformowanie
